Ley de inducción de Faraday 1. Objetivos 2. Introducción teórica

1. Objetivos
Laboratorio de Física
Departamento de ciencias energéticas
Ley de inducción de Faraday
1.1 Comprender el significado físico de la ley de inducción de Faraday, así como
sus aplicaciones.
1.2 Estudiar el funcionamiento y aplicación del transformador
1.3 Verificar la existencia de corrientes parásitas o de Foucault en cuerpos extensos
y sus posible efectos.
2. Introducción teórica
Figura 1: Una de las experiencias de Faraday
En el experimento de Faraday que vemos en la figura, al cerrar el interruptor en el
circuito 'primario', se produce una corriente en el secundario. Al cabo de un tiempo, la
corriente cesa. Si entonces se abre el interruptor, vuelve a aparecer corriente en el
secundario, la cual nuevamente cesa al cabo de un tiempo breve. Es importante recalcar
que los circuitos primario y secundario se hallan físicamente separados (no hay contacto
eléctrico entre ellos).
Los resultados del experimento de Faraday (y muchos otros) se pueden entender en
términos de una nueva ley experimental, que se conoce como la ley de Faraday-Lenz:
La variación temporal del flujo magnético enlazado por un circuito, induce en éste una
'fem' :
Ley de Lenz: El sentido de la 'fem' inducida es tal que siempre tiende a oponerse a la
variación del flujo magnético que la produce (lo cual explica el signo negativo)
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Transformadores
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Hace algo más de un siglo que se inventó este dispositivo que ha hecho posible la
distribución de energía eléctrica a todos los hogares, industrias, etc. Si no fuera por el
transformador tendría que acortarse la distancia que separa a los generadores de
electricidad de los consumidores.
El transformador lo encontramos en muchos lugares, en las lámparas de bajo consumo,
cargadores de pilas, en sótanos de edificios, en las centrales hidroeléctricas y otros
generadores de electricidad. Su tamaño puede variar desde muy pequeños a enormes
transformadores que pueden pesar más de 500 Tm.
Figura 2. Transformador
Un transformador es un aparato capaz de cambiar el voltaje o tensión de la corriente
eléctrica alterna. Básicamente están formados por dos solenoides de n1 y n2 espiras
arrolladas en torno a un núcleo de hierro, como en la figura Si uno de estos circuitos es
alimentado por un generador que produce una f.e.m. ε1 esto producirá un flujo
magnético φ que atravesará cada espira del solenoide. En este circuito, si suponemos
que no se pierde energía en calor, etc...tendremos que toda su ε1 se está invirtiendo en
flujo magnético y, según la ley de faraday:
ε1 = -n1 dφ /dt
Veamos que sucede para el circuito 2. El hecho de arrollar ambos circuitos a un núcleo
de hierro sirve para que casi todo el flujo (siempre se pierde algo) φ que atravesaba cada
espira del primer circuito lo haga también en las del segundo. De esta manera vamos a
suponer que no hay pérdida alguna y que, también para el segundo circuito cada espira
es atravesada por el flujo φ . En este caso se inducirá una corriente equivalente a la
derivada temporal del flujo total con signo menos, esto es:
ε2 = -n2 dφ /dt
y como el término dφ/dt es el mismo en ambas expresiones si dividimos miembro a
miembro tenemos que
ε2 = n2/n1ε 1
que nos da la relación entre las tensiones de entrada y salida de un transformador.
Ahora bien, este no es un dispositivo ``milagroso'' y aunque logra transformar un tenue
voltaje en otro más alto debe respetar el principio de conservación de la energía, y por
tanto las potencias de entrada y salida deberían ser iguales, si no hay pérdidas.
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3.Procedimiento
3.Procedimiento
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El laboratorio de desarrollara en varias estaciones de acuerdo con el siguiente
orden:
3.1 3.1 Estación Estación 1: 1: Bobina Bobina de de Thompson
Thompson
Conecte la bobina de Thompson con el interruptor intermedio cerrado.
Coloque el anillo de aluminio en la bobina y abra el interruptor ¿Qué
ocurre?
Con el interruptor abierto coloque de nuevo el anillo en la bobina. Luego
se procede a bajarlo y a sostenerlo unos segundos. Anote sus
observaciones.
3.2 3.2 Estación Estación 2: 2: Fem Fem in inducida in ducida
Introduzca el imán en el solenoide y se observe el galvanómetro,
mantenga el imán un momento dentro del solenoide. Luego saque el
imán rápidamente.
Cambie el polo del imán y repita el paso anterior.
Ahora mantenga fijo el imán y acerque la bobina a este. Anote sus
observaciones.
Repita los pasos anteriores variando la velocidad del imán y la bobina.
Anote sus observaciones.
3.1 3.1 Estación Estación 3: 3: Transformador
Transformador
Arme el equipo como le indique su instructor.
Con la fuente conectada a una de las bobinas aumente el voltaje a
0.500 V. Observe y anote el voltaje en la otra bobina. Luego aumente el
voltaje a 1.00 V y así sucesivamente hasta llegar a 3.00 V. Anote sus
observaciones en las tablas correspondientes.
Conecta la fuente a la otra bobina y repita el paso anterior.
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4. 4. Resultados Resultados Resultados experimentales
experimentales
4.
4.
Complete las siguientes tablas:
4.1 4.1 Bobina Bobina 1
1
Vueltas del primario:
Vueltas del secundario:
Voltaje del primario Voltaje del secundario
4.1 4.1 Bobina Bobina Bobina 2
2
Vueltas del primario:
Vueltas del secundario:
Voltaje del primario Voltaje del secundario
4. Preguntas Preguntas que que debe debe responder responder en artículo en introducción teórica
¿En que consisten las corrientes parásitas?
¿Por qué el anillo de aluminio salta hacia arriba al conectar la bobina?
Explique la razón por la que el anillo queda suspendido sobre la bobina.
Al sostener el anillo ¿Por qué se calienta? ¿Qué aplicaciones puede tener este
fenómeno?
¿Qué provoca la fem detectada por el galvanómetro?
¿Por qué no se observo fem al dejar el imán inmóvil dentro del solenoide?
¿Qué influencia tiene la velocidad con que acercó el imán sobre la fem inducida?
¿Cómo pueden reducirse las pérdidas en una transformador?
Cuando en un transformador se sube el voltaje ¿Se esta violando la conservación
de la energía?
¿Qué aplicaciones tienen los transformadores?
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