Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Zamora
Ingeniería Industrial
Electricidad y Electrónica Industrial
Lay de Faraday y Lenz
Facilitador: Ing. Javier Barajas Aceves
Alumno: Velarde Hernández Daniel
Número de control: 11010146
Grupo: 2 “A”
Ley de Faraday Michael Faraday en Inglaterra en 1831, y los que realizó por su parte Joseph Henry en Estados Unidos en el mismo año pudieron demostrar que es posible inducir una fem (Fuerza electromotriz; se utiliza para referirse a la capacidad que tienen algunos aparatos para movilizar la carga eléctrica) en un campo magnético que varia. Gracias a estos resultados Faraday pudo enunciar una ley básica del electromagnetismo, que se conoce como Ley de la inducción electromagnética de Faraday. En mis palabra lo que Faraday demostró fue que una fuerza electromagnética puede ser inducida debido a un campo magnético que cambia su dirección o posición, y mientras el campo magnético no presente cambios la corriente es igual a 0. Para comprender mejor esto, imaginemos una espira de alambre conectada a un amperímetro sensible, si acercamos un imán a la espira el amperímetro lee una corriente que va desde 0 a una dirección (positiva o negativa), si el imán se queda quieto el amperímetro marca 0 y si el imán se aleja la lectura va desde 0 en dirección opuesta a cuando se acerca. Estos resultados son asómbrates porque el “circuito” (si lo pudiéramos llamar así) detecta una corriente a pesar de que no hay una fuente que le esté proporcionando energía (como una batería). Otro experimento (conducido por Faraday), para demostrar esto: Una bobina uno se enrolla alrededor de un anilla de hierro, y a esta se le conecta una batería y un interruptor. Una corriente en la bobina produce un campo electromagnético al cerrarse el interruptor. Ahora una bobina dos se enrollan también en el aro de hierro y se conecta a un amperímetro sensible. Prestamos atención a que en el circuito secundario no conectamos ninguna batería y que la bobina uno y dos no están conectadas eléctricamente a sí que un cambio de corriente en el circuito dos, tendrá que ser influenciada por un factor fuera del circuito (externo). Entonces, no podría presentarse una corriente en el circuito dos de ninguna forma, pero al abrir o cerrar el interruptor del circuito uno, sucede lo siguiente: cuando el interruptor se cierra la lectura del amperímetro cambia de 0 en una dirección (negativa o positiva), y después regresa a cero, si el interruptor se abre, la lectura del amperímetro va de 0 a la dirección contraria y después vuelva a cero, cuando la corriente es constante el amperímetro marca 0 o cuando no hay corriente en el circuito uno.
Lo que sucede aquí es que cuando el interruptor esta cerrado la corriente en el circuito primario genera un campo magnético que penetra en el circuito primario. Y cuando el interruptor se cierra la batería genera una corriente que va de cero a hasta alcanzar su corriente estable es por eso que en el momento en que el campo magnético varia, también lo hace la lectura del amperímetro, y cuando el campo magnético deja de cambiar (la corriente se mantiene estable), la lectura del amperímetro es 0.
La Ley de la inducción electromagnética de Faraday dice que: La fem inducida en un circuito es igual al valor negativo de la rapidez con la cual esta cambiando el flujo que atraviesa el circuito
De forma matemática :
Donde: ε Δ Δt
= Fuerza electromagnética (BA) = Flujo magnético a través de la espira = Diferencia en el tiempo
Si una bobina construida de N espiras, con la misma área, y Δ (BA) es el flujo magnético a través de una espira, se induce una fem en todas las espiras, las espiras están en serie, por lo que sus fems se suman, y la totalidad de las fems esta dada por:
Supongamos que una espira que encierra una superficie A se encuentra en un campo magnético uniforme. El flujo magnético a través de la espira es igual a BA cos Ф y se expresa:
El signo negativo que aparece en las ecuaciones es de un significado físico de gran importancia, que te da la dirección.
Ejemplo 1: Una bobina constituida de 100 vueltas de alambre. Cada vuelta es un cuadrado de lado d= 20cm y se establece un campo magnético uniforme en dirección perpendicular al plano de la bobina. Si el campo cambia linealmente de 0 a 0.6 T en 0.9 s ¿Cuál es la magnitud de la fem inducida en la bobina mientras el campo varía?
Solución: Para este problema necesitaremos la segunda ecuación aquí evaluada:
()
()
()( )
Ley de Lenz
La corriente inducida en una espira está en la dirección que crea un campo magnético que se opone al cambio en el flujo magnético en el área encerrada por la espira.
Esto quiere decir en palabras comprensibles, que la corriente inducida a parece en el sentido o puesto de la causa que la produce. El signo menos en la ley de Faraday sugiere esta oposición, La ley de Lenz establece que la corriente inducida debe estar dirigida de forma que el campo magnético que produzca se oponga al cambio en el flujo magnético externo. La ley de Lenz se refiere a las corrientes inducidas, lo cual requiere decir que se aplica a circuitos cerrados. Para comprender esto, considerando el primer experimento de Faraday, que muestra el polo norte de un imán y una sección transversal de una espira conductora cercana. Conforme acercamos el imán se produce en está una corriente que va en contra del imán, es decir, se repelen.
Ejemplo 1. Se coloca un imán cerca de una espira metálica, como se ve en la figura. A) Encuentre la dirección de la corriente inducida en la espira cuando el imán se empuja hacia atrás. Solución: Conforme el imán se mueve a la derecha, hacia la espira, el flujo magnético atreves de la espira aumenta con el tiempo. Para contrarrestar este aumento de flujo debido a un campo hacia la derecha, la corriente inducida produce su propio campo magnético hacia la izquierda. Al saber que los polos iguales se repelen, se concluye que la cara izquierda actúa como un polo norte i la derecha como uno sur. B) Encuentre la dirección de la corriente inducida en la espira cuando el imán se aleja de la espira. Solución: Si el imán se mueve hacia la izquierda, su flujo a través del área encerrada por la espira disminuye en el tiempo. Ahora la corriente inducida en la espira está en la dirección que se muestra en la figura por que esta dirección de corriente produce un campo magnético en la misma dirección que el campo externo. En este caso la cara izquierda de la espira es un polo sur y la derecha un norte.
BIBLIOGRAFÍA Raymond A. Serway y John W. Jewett, Jr (2008). Física electricidad y magnetismo (7ma edición). México, D.F: Sergio R. Cervantes Gonzales. David Halliday y Robert Resnick (1965). Física para estudiantes de ciencias e ingeniería. (2 da edición) (Parte II). Buenos Aires, Argentina: CECSA
