Electromagnetismo

Inducción
electromagnética

Espiras en un campo
 magnético variable (I)

Espiras en un campo
magnético variable (II)

Demostración de
la ley de Faraday

Acelerador de partículas
El betatrón

Varilla que se mueve
en un c. magnético

Caída de una varilla
en un c. magnético

Movimiento de una
espira a través de
un c. magnético

Corrientes de
Foucault (I)

Corrientes de 
Foucault (II)

Inducción homopolar

Autoinducción.
Circuito R-L

Circuitos acoplados

Oscilaciones eléctricas

Elementos de un
circuito de C.A.

Circuito LCR en serie
Resonancia

Medida de la velocidad
de la luz en el vacío

Inducción electromagnético. Ley de Faraday

Fundamentos físicos

Actividades

El applet muestra una espira situada entre las piezas polares de un electroimán. El campo magnético varía con el tiempo. Verificamos el sentido de la corriente inducida está de acuerdo a la ley de Lenz y observamos el comportamiento de la fem en función del tiempo.

Concepto de flujo

Se denomina flujo al producto escalar del vector campo por el vector superficie

Si el campo no es constante o la superficie no es plana, el flujo se calcula mediante la integral

La inducción electromagnética. Ley de Faraday

La inducción electromagnética fue descubierta casi simultáneamente y de forma independiente por Michael Faraday y Joseph Henry en 1830. La inducción electromagnética es el principio sobre el que se basa el funcionamiento del generador eléctrico, el transformador y muchos otros dispositivos.

Supongamos que se coloca un conductor eléctrico en forma de circuito en una región en la que hay un campo magnético. Si el flujo F a través del circuito varía con el tiempo, se puede observar una corriente en el circuito (mientras el flujo está variando). Midiendo la fem inducida se encuentra que depende de la rapidez de variación del flujo del campo magnético con el tiempo.

El significado del signo menos, es decir, el sentido de la corriente inducida se muestra en la figura.

Fundamentos físicos

El campo magnético cuya dirección es perpendicular al plano de la espira, varía con el tiempo de la forma

B=B₀ sen(w t)

El flujo F del campo magnético a través de las N espiras iguales es, el producto del flujo a través de una espira por el número N de espiras

La fem inducida en las espiras es

El sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la variación de flujo.

Como la espira tiene un área que no cambia, el flujo se modifica al cambiar el campo magnético. Puede suceder alguno de los cuatro casos siguientes que se muestran en la figura.

Si P el periodo del campo magnético, en el intervalo:

• 0-P/4, el campo magnético aumenta, el flujo a través de la espira aumenta
• P/4-P/2, el campo magnético disminuye, el flujo disminuye.
• P/2-3P/4, el campo aumenta en valor absoluto (disminuye si se tiene en cuanta el signo).
• 3P/4-P, el campo magnético disminuye en valor absoluto (aumenta si se tiene en cuanta el signo).

Si tomamos como criterio que la corriente inducida en la espira es positiva cuando circula en sentido contrario a las agujas del reloj, y es negativa cuando circula en el sentido de las agujas del reloj. La corriente inducida será positiva en el segundo y tercer intervalo y será negativa en el primer y cuarto intervalo, de acuerdo con el comportamiento de una función proporcional a –cos(wt).

Actividades

En el applet, examinamos la corriente inducida en un conjunto de N espiras cuando el campo magnético B varía con el tiempo de la forma

B=B₀ sen(w t)

donde B₀ es la amplitud del campo magnético, y w es la frecuencia angular.

Verificaremos el sentido de la corriente inducida cada cuarto de periodo P=2p /w

Comprobar el efecto de:

• La amplitud B₀ del campo magnético B.
• La frecuencia n =w /(2p )
• El número N de espiras

Para ello, se pueden modificar los valores por defecto en los controles de edición

• Campo magnético B₀ (un número entre 0 y 50)
• Frecuencia n (1 ó 2)
• Número de espiras N, un número de 1 a 5

Una vez introducidos los datos requeridos se pulsa el botón titulado Empieza. Se puede detener la marcha del "experimento" en cualquier momento pulsando en el botón titulado Pausa. Se reanuda, volviendo a pulsar el mismo botón titulado ahora Continua. Se puede ver la evolución de la "experiencia" paso a paso pulsando el botón titulado Paso.

A la izquierda del applet, observamos las piezas polares del electroimán. En el primer semiperiodo el polo Norte está abajo y el polo Sur arriba, cuando transcurre medio periodo se invierte la polaridad.

Para visualizar la corriente inducida, se observa el movimiento de unos puntos rojos sobre las espiras que representan portadores de carga positivos.

En medio de las espiras se representa en negro, el vector superficie S, que permanece constante durante la "experiencia" y en azul el vector campo B, cuyo módulo y sentido va cambiando con el tiempo.

En la parte derecha del applet, asociamos el fenómeno físico con su representación gráfica. Se representa en el mismo sistema de ejes en azul, el campo magnético en función del tiempo. En rojo, la fem en las espiras. Las unidades de medida son arbitrarias.