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miércoles, 2 de mayo de 2012

Experimento y Ley de Faraday


Si Oersted había demostrado que la corriente eléctrica era capaz de originar acciones magnéticas, ¿es posible que ocurra el efecto contrario?

Faraday empezó a investigar acerca de esto hasta que descubrió que el magnetismo puede originar en un conductor corrientes eléctricas. Como resultado de este descubrimiento, los hombres no dependerían de las pequeñas corrientes eléctricas que efectúa la acción química en las pilas o baterías. Gracias a esto se basan los generadores eléctricos.

En 1831, Michael Faraday descubrió las corrientes inducidas al realizar un experimento con una bobina y un imán.

Supongan que tienen un alambre enrollado en forma de bobina con gran número de vueltas, y sus extremos se encuentran conectados a un galvanómetro, este instrumento nos dará indicios de corriente. Ahora, al acercar el imán a la bobina, aquí ocurrirá un fenómeno, el galvanómetro indicará el paso de una corriente, ocurriría lo mismo si el imán permanece fijo y se mueve la bobina, pero al permanecer quieto el imán y la bobina, no pasará nada, y el galvanómetro volverá a cero. Basta con mover el imán o la bobina para que haya corriente. El sentido de la corriente está en si se aleja o acerca el imán.
La corriente inducida tendrá más intensidad ya sea si se acerca rápidamente la bobina o el imán. El hecho de que se haya producido una corriente en el circuito formado por la bobina, señala la inducción de una fuerza electromotriz en el circuito al variar el flujo magnético debido al movimiento del imán.
Pero esto no es todo,  si movemos el imán hacía la derecha, la aguja del galvanómetro se desvía hacía un lado, y si movemos el imán a la izquierda, la aguja se desvía en dirección contraria. Esto mantuvo a Faraday asombrado, y se dice que durante siete años, este físico estuvo muy obsesionado por el problema, el cual lo hacía llevar un imán y una bobina en el bolsillo.

Al mover el imán o la bobina, lo que se está haciendo es modificar el número de las líneas de fuerza del campo magnético que atraviesan la sección de la bobina.

Ahora supongamos que el movimiento hace que  las líneas crezcan, entonces se genera en la bobina una corriente inducida, cuyo campo magnético se opone al aumento de campo, debido al movimiento del imán. Lo mismo ocurriría si se muestra lo contrario, es decir, si el movimiento hace que el número de fuerzas que atraviesan a la bobina disminuye; esto producirá una corriente inducida en la bobina, ya que su campo magnético compensa la disminución de las líneas de fuerzas provocadas por el movimiento del imán.

Otro experimento que hizo fue dar vueltas rápidamente a una bobina situada en el interior de un campo magnético creado por unos imanes, y este movimiento generaba electricidad.

En base con los experimentos de Faraday se puede decir que:
·        1.- Las corrientes inducidas son aquellas producidas cuando se mueve un conductor en sentido transversal a las líneas de flujo de un campo magnético.
·         2.-La inducción electromagnética es la que da origen a la producción de una fuerza electromotriz (fem) y de una corriente eléctrica inducida.

Con base a sus experimentos, Faraday hizo la Ley de electromagnetismo, conocida como la Ley de inducción, en donde menciona que la fem inducida en un circuito formado por un conductor o una bobina es directamente proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que envuelve. Esta ley se expresa matemáticamente así:
ε= - Φf- Φi
                                                            t     
 t= tiempo  (s)
ε = fem media inducida en volts (V)

Φf = flujo magnético final en webers (wb)

Φi = flujo magnético innicial en webers (wb)


El signo negativo de la ecuación es por la oposición entre la fem inducida y la variación del flujo que la produce.
Cuando se trata de una bobina que tiene N número de vueltas, la expresión para calcular la fem inducida es:
                                                             ε= - N ΦfΦi
                                                                   t  

Pero al calcular la fem inducida en un conductor recto de longitud L que se desplaza a una velocidad v en forma perpendicular a un campo de inducción magnética B, la ecuación es:
                                                                         
                                                                           ε= BLv

En la actualidad, casi toda la energía eléctrica que se produce en nuestras casas o en industrias se obtiene gracias a este fenómeno (Inducción electromagnética).

En los fenómenos de inducción electromagnética se fundan las dinamos y los alternadores que transforman la energía mecánica en eléctrica. Este experimento es el fundamento de las actuales centrales eléctricas.

Consultado en:
El nuevo tesoro de la Juventud Tomo 13. Pág. 350  Editorial: Cumbre S.A México
Física General.   Autor: Héctor Pérez Montiel    Pág. 502  Editorial:  Patria

10 comentarios:

  1. La publicación que realizó mi compañera Cinthia es completa y explícita, ya que facilíta el entendimiento de dicho tema.

    Cabe mencionar que la característica común en este experimento es el movimiento o cambio.La causa de las fem inducidas es el imán en movimiento o la corriente cambiante.

    Al repetir el experimento este muestra las propiedades importantes de la inducción, ya que al realizarlo con el mismo imán, pero con una espira de área transversal mayor, se produce una fem mayor; por lo tanto la fem inducida en la espira es proporcional a su área.

    No es el cambio del campo magnético lo importante, sino el cambio en su flujo a través del área de la espira.

    Los experimentos demuestran que la indicación o lectura del galvanómetro es también proporcional a la cantidad de espiras que forman una bobina y a la rápidez con que se producen los cambios.

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  2. Agradezco tu comentario, y espero hayas podido entender el tema. Con respecto al campo magnético y el flujo:

    “Si el efecto magnético cambia con el tiempo, entonces el flujo que produce también cambiará. Pero puede ocurrir que el flujo cambie sin que el efecto magnético cambie”

    Y si, como dice este enunciado, es importante el cambio en su flujo.

    El experimento de Faraday fue muy importante, y gracias a esto algunos aparatos pueden funcionar. Gracias por tu aporte.

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  3. Tu publicacion es muy explicativa con deacuerdo a los temas que te tocaron (:
    En conclusion entendi que la ley de Faraday nos dice que la magnitud de la fem inducida en un circuito es igual a la razón de cambio del flujo magnético a través del circuito.
    Muy bien cintia,

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  4. Gracias Gaby, espero hayas entendido el tema, y que con este experimento Faraday dio un gran aporte al electromagnetismo.

    Y en conclusión: con sus investigaciones se dio un paso fundamental en el desarrollo de la electricidad al establecer que el magnetismo produce electricidad a través del movimiento.

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  5. Me parece interesante pensar que desde ese tiempo Faraday ya hubiera hecho esa clase de experimentos. Y es que lo hizo porque él ya tenía la noción de lo que quería realizar, a diferencia de Oersted; el cual descubrió la relación entre el magnetismo y la electricidad.
    Qué gran actividad la de crear un blog para que todos los fanáticos de la física puedan exponer sus temas.

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  6. Muy buena publicación. Muy bien redactada y de una forma entendible.

    Los pasos que explicas del experimento hacen que pueda entender la Ley. Buen aporte.

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  7. Respuestas
    1. Este blog, fué creado por alumnos de la preparatoria Ma. Teresa Rivera de Salina Cruz,Oax. espero que la información te sirva.

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  8. Me parece que la explicación es completa y concreta, nos dice que cualquier cambio del entorno magnético en que se encuentra una bobina de cable, creará un voltaje, es decir, una fem en la bobina.
    Algo que se podría agregar, sería decir que la ley de Faraday está basada en las ecuaciones de Maxwell y sirve como un sumario abreviado de las formas en que se puede generar un voltaje (o fem), por medio del cambio del entorno magnético.
    -La fem inducida en una bobina es igual al negativo de la tasa de cambio del flujo magnético multiplicado por el número de vueltas (espiras) de la bobina.

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  9. Es interesante el inició de la explicación; cómo el hombre al conocer la forma de realizar algo, busca la manera para hacerlo a la inversa y poder regresar al punto de partida.

    Siguen los asombros y descubrimientos en el campo del electromagnetismo, y Faraday no tenía planeado quedarse atrás.

    Faraday logró demostrar que acciones magnéticas entre sí pueden generar corrientes eléctricas.

    En éste video se puede observar la ejecución del experimento:
    https://www.youtube.com/watch?v=8QG8sqDwM1c

    Y claramente se puede apreciar el cambios diferentes en el amperímetro; ya sea por la velocidad en la que el imán es introducido en la bobina, o por la bobina al acercarse al imán, y por la orientación del polo magnético utilizado por el imán.

    Se logra la comprensión de uno de los principios básicos en la utilización del "Transformador"; un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, basándose en el fenómeno de la inducción electromagnética. Está constituido por dos bobinas de material conductor, devanadas sobre un núcleo cerrado de material ferromagnético, pero aisladas entre sí eléctricamente. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.

    También es interesante las diferentes deducciones matemáticas a las que Faraday pudo llegar después de la realización de este experimento.

    El mundo como lo conocemos en la actualidad no sería el mismo sin estos grandiosos descubrimientos.

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