Anexo 3.

Ley de Induccion de Faraday

Fısica IIUniversidad Distrital Francisco Jose de Caldas

Tecnologıa en Sistematizacion de Datos

1. Introduccion

La ley de induccion de Faraday tiene multiples apli-caciones, una de ellas se puede observar mediante laconstruccion de un electroiman, donde para su expli-cacion se utilizara igualmente la ley de Ampere, porlo tanto a continuacion se hace una pequena descrip-cion de estas leyes.

2. Marco Teorico

2.1. Ley de Ampere

La ley de Ampere se expresa como:∮

B · ds = µ0I (1)

Para un solenoide el campo B dentro de este es uni-forme y paralelo al eje, mientras en el exterior escero. Por lo tanto, solo existe contribucion de campomagnetico B en el interior del solenoide.

∮B · ds =

∫

interior

B · ds = B

∫ds = B` (2)

De la ecuacion (1), se tiene finalmente que para unnumero N de espiras en el solenoide,

B = µ0N

`I (3)

Donde n = N/` es el numero de vueltas por unidadde longitud.

2.2. Ley de Induccion de Faraday

La ley de induccion de Faraday se expresa como:

ε = −dΦB

dt(4)

dondeΦB =

∫B · dA = BA cos θ (5)

Por lo tanto para un numero N de espiras se tiene:

ε = −Nd

dt(BA cos θ) (6)

Y puesto que el campo electrico es paralelo a la nor-mal del electroiman, se tiene que el angulo θ puedeser 0o o π, por lo cual (6) es:

ε = −Nd

dt(BA cos(0))

ε = −2πrNd

dtB (7)

oε = −N

d

dt(BA cos(π))

ε = 2πrNd

dtB (8)

3. Practica 1

3.1. Materiales

Tres puntilla de 2 pulgadas.

Alambre de Cobre calibre 22 (aproximadamente15m).

3 Baterıas (pila) de 1.5 V.

Regla o Calibrador.

Multımetro

10 Puntillas, clips o pedazos de aluminio de igualtamano.

3.2. Procedimiento

1. Cada integrante del grupo debe tomar una pun-tilla de 2 pulgadas y enrollar el alambre de cobre,cada uno realizando diferente numero de vueltas;dejando un trozo de alambre para conectar y unoo dos centımetros en la punta de la puntilla sinembobinar como se muestra en la figura 1.

1

Ley de Induccion de Faraday 2

Figura 1: Electroiman

2. Mida con el calibrador la longitud y el diametrode cada electroiman, y deposite los datos en latabla 1.

N Diametro (cm) longitud (cm)

Cuadro 1: Tabla de datos

3. Pele las puntas de los cables del electroiman yconectelos cada uno a una pila y acerquelos alas puntillas, cuente el numero de puntillas lev-antadas por cada electroiman.

4. Conecte en serie el multımetro, una pila y cadaelectroiman para obtener la corriente electricaque se transporta en cada uno.

5. Conecte dos pilas en serie y realice el mismoprocedimiento descrito anteriormente, y luegoconecte las tres pilas en serie repitiendo lo mis-mo.

6. Utilice la relacion (3), y halle el campomagnetico para cada electroiman.

7. Escriba los resultados obtenidos en las tablas 5,7 y 4:

N # puntillas ε(V) I (A) B (T)

Cuadro 2: Tabla de datos con 1 pila

N # puntillas ε(V) I (A) B (T)

Cuadro 3: Tabla de datos con 2 pilas

N # puntillas ε(V) I (A) B (T)

Cuadro 4: Tabla de datos con 3 pilas

3.3. Analisis

1. ¿ Que puede observar que sucede entre mayornumero de espiras en el electroiman?

2. ¿ Que relacion existe entre el numero de espirasy el numero de objetos de metal levantados?

3. ¿ Que pasa con el campo magnetico si se varıala fem (voltaje de la fuente)?

4. ¿ Porque un electroiman esta compuesto demuchas espiras? ¿ Cual es su funcion?

5. ¿ Porque se debe pelar el alambre de cobre?

6. ¿ Porque el electroiman solo atrae elementosmetalicos por las partes que no tienen espiras?

7. ¿ Cree usted que se puede hacer un electroimancon otro tipo de cable?, si es ası ¿ Con cual? y ¿Porque?

Ley de Induccion de Faraday 3

4. Practica 2

(Primera Parte)

4.1. Materiales

1. Una bobina de 300 vueltas y otra de 600 vueltas.

2. Un galvanometro con escala centrada.

3. Un multımetro.

4. Una barra magnetica o Iman.

5. Fuente de corriente o voltaje directo (DC).

6. Una fuente de voltaje alterno (AC).

7. Una brujula.

8. Cuatro cables para coneccion.

4.2. Procedimiento

1. Conecte la bobina de 300 vueltas al gal-vanometro (o multımetro). Como se muestra enla figura 2.

A

NS

Figura 2: Montaje 1 Induccion de Faraday

2. Mueva el iman acercandolo y alejandolo delnucleo; hagalo primero lentamente y despuesrapidamente. Simultaneamente observe en elmultımetro y deposite el valor de la corriente (I)observada en la tabla 5.

I Acerca (A) I Dentro (A) I Aleja (A)

Cuadro 5: Tabla de datos montaje 1

4.2.1. Analice

Cuando se coloca el iman en el borde de labobina ¿Que ocurre?

¿ En que casos el galvanometro indicacero? ¿ Cuando es mayor la corriente?

¿ Es posible que el valor de la corrientetome valores negativos? ¿ Porque ocurreesto?

3. Ahora conecte la bobina de 600 vueltas, y realiceel mismo procedimiento anterior, haciendo unatabla como la 5

4.2.2. Analice:

¿ Que diferencias pueden observar?

¿ Se induce mas o menos corriente?. Si se inducemas, ¿ Porque ocurre esto?

(Segunda Parte)

1. Coloque las dos bobinas una frente a otra con susnucleos alineados. Como se muestra en la Figura3

2. A la bobina de 600 vueltas conectele la fuente enDC, como se observa en la figura 3 cerciorandosede que esta se encuentre apagada. Observe labrujula.

3. Encienda la fuente en 15V.

4. Enseguida acerque lo mas pueda la brujula a labobina de 600 vueltas y observe si se produce uncampo magnetico.

Ley de Induccion de Faraday 4

V

600

300

Figura 3: Montaje 2

5. A la bobina de 300 vueltas conectele elmultımetro en modo de medidor de voltaje.

6. Observe si bajo estas condiciones en la bobinade 300 vueltas se induce un voltaje a la bobinade 600 vueltas. Observe la brujula.

7. Sin mover la disposicion que se tiene, interrumpabruscamente el voltaje (apague la fuente) apli-cado a la bobina de 600 vueltas y observe si-multaneamente en el medidor (multımetro) si seproduce un voltaje en la bobina secundaria y encaso de producirse vea el signo de este y el cam-po magnetico (brujula).Introduzca sus datos enla tabla 7.

8. Enseguida encienda subitamente la fuente y ob-serve en el medidor si se induce un voltaje en labobina secundaria y en caso de producirse veael signo de este y el campo magnetico (bruju-la).Introduzca sus datos en la tabla 7.

Voltaje Fuente Voltaje Multimetro B

Cuadro 6: Tabla de datos fuente DC

9. Cambie la fuente DC por una fuente de AC.

10. Ponga el multımetro en el modo de medicion devoltaje alterno.

11. Encienda la fuente y observe si se induce voltajey campo magnetico en la bobina de 600 vueltas.

12. Varıe el voltaje de la fuente y complete la tabla4.

Voltaje Fuente Voltaje Multimetro B

Cuadro 7: Tabla de datos fuente AC

4.2.3. Analice

¿ Porque el galvanometro o multımetro soloindica corriente cuando se mueve rapidamenteel iman?

¿ Que ocurre cuando se cambia la fuente DCpor una AC?, ¿ Porque sucede esto?

¿ En que casos el voltaje es mayor?

¿ En la primera parte del laboratorio, se aplicala ley de Ampere o Faraday?, explique.

¿ En la segunda parte del laboratorio, se aplicala ley de Ampere o Faraday?, explique.

¿ Que diferencias fısicas existen entre la primeray segunda parte del laboratorio?