Electromagnetismo |
Ley de Faraday Espiras en un campo magnético variable (I) Espiras en un campo magnético variable (II) Demostración de la ley de Faraday (I) Demostración de la ley de Faraday (II) Acelerador de partículas El betatrón Varilla que se mueve en un c. magnético (I) Caída de una varilla en un c. magnético Movimiento de una espira a través de un c. magnético Medida del campo magnético Generador de corriente alterna Galvanómetro balístico Corrientes de Foucault (I) Corrientes de Foucault (II) Inducción homopolar Un disco motor y generador Varilla que se mueve en un c. magnético (II) Momento angular de los campos EM (I) Momento angular de los campos EM (II) |
Ley de Faraday | |||||||||||||||
Una espira cuadrada de lado a, se mueve hacia una región rectangular de lado 2a en la que existe un campo magnético constante perpendicular al plano de la espira. Determinar la fem y el sentido de la corriente inducida en las siguientes situaciones
Este ejemplo, es similar en su discusión a la varilla que se mueve en un campo magnético uniforme, pero su virtud más importante, es la de servirnos de introducción a las corrientes de Foucault. Vamos a obtener el valor de la fem y el sentido de la corriente inducida por dos procedimientos:
La ley de FaradayPrimera etapa
Segunda etapa
Tercera etapa
Fuerza sobre los portadores de cargasAl moverse la espira hacia la derecha con velocidad v en el seno de un campo magnético uniforme B, los portadores de carga se mueven con la misma velocidad horizontal. La fuerza sobre dichos portadores es fm=q·v´B Como v y B son perpendiculares, el módulo de la fuerza es fm=qvB. Primera etapa Tomemos un portador de carga positivo en del lado AB de la espira que se ha introducido en el campo magnético. Este portador de carga experimenta una fuerza en el sentido de B hacia A.
Segunda etapa Tomemos un portador de carga positivo en del lado AB de la espira que se ha introducido en el campo magnético. Este portador de carga experimenta una fuerza en el sentido de B hacia A.
Tercera etapa Tomemos un portador de carga positivo en del lado CD de la espira que está introducido en el campo magnético. Este portador de carga experimenta una fuerza en el sentido de C hacia D.
Fuerza sobre la espiraComo en el caso de una varilla que se mueve en un campo magnético uniforme. Es necesario ejercer una fuerza Fa sobre la varilla para que se mueva con velocidad constante. Esta fuerza es igual y de sentido contrario a la fuerza que ejerce el campo magnético sobre la porción de corriente rectilínea de longitud L por la que circula una corriente i. El vector unitario ut que señala el sentido de la corriente y el campo B son mutuamente perpendiculares, la longitud del conductor es a, por lo que el módulo de la fuerza magnética es Fm=iBa Primera etapa Cuando la espira penetra en el campo magnético, sobre el lado AB el campo magnético ejerce una fuerza Fm=iBa, dirigida hacia la izquierda (de sentido contrario al movimiento).
Segunda etapa
Tercera etapa El lado CD está en el interior del campo magnético uniforme. La fuerza que ejerce el campo magnético sobre esta porción de conductor es Fm=iBa, y esta dirigida hacia la izquierda (en sentido contrario al del movimiento).
Como en el caso de la varilla que se desplaza en un campo magnético uniforme, se puede demostrar de forma análoga que la energía por unidad de tiempo suministrada por la fuerza mecánica Fa, se disipa en la resistencia de la espira por efecto Joule.
ActividadesSe introduce
Se pulsa el botón titulado Empieza Con la casilla Vista en plano horizontal desactivada, se pulsa el botón titulado Empieza. El sentido de la corriente inducida, es decir, el movimiento de los portadores de carga positiva se representa por pequeños círculos de color rojo. Se dibujan las fuerzas sobre los portadores de carga positiva situados en lados perpendiculares a la dirección del movimiento.
Con la casilla Vista en plano horizontal activada, se pulsa el botón titulado Empieza. Vemos la "experiencia" tal como la dibujamos en el papel. En la parte inferior del applet, se representa la fem en función de la posición del centro de la espira medida desde un origen situado en el centro de la región en la que existe campo magnético. Ejemplo
El valor de la fem inducida es Vε=2·10-5 voltios Se recomienda al lector que dibuje sobre un papel la espira y la región en la que existe un campo magnético uniforme perpendicular al plano de la espira, en las tres situaciones señaladas:
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