Download TPN9 - Universidad Nacional de Salta

Universidad Nacional de Salta
Facultad de Ciencias Exactas
Física 2 - 2008
Primer cuatrimestre
Trabajo Práctico N° 9
Tema: Inducción electromagnética.
1.- El campo magnético entre los polos del electroimán de la figura 1 es uniforme en todo momento, pero su magnitud
aumenta en proporción de 0,020 T/s. El área de la espira conductora que está en el campo es de 120 cm2, y la resistencia
total del circuito, medidor y resistor incluidos, es de 5 Ω. a) Hallar la fem inducida y la corriente inducida en el circuito.
b) Si se sustituye la espira por una fabricada de un aislador, ¿qué efecto tiene esto en la fem inducida y la corriente
inducida?
Figura 1
Figura 2
Figura 3
2.- Se coloca una bobina de alambre con 500 espiras circulares de 4 cm de radio entre los polos de una gran electroimán,
donde el campo magnético es uniforme y forma un ángulo de 60º con el plano de la bobina (figura 2). El campo
disminuye a razón de 0,2 T/s. ¿Cuáles son la magnitud y dirección de la fem inducida?
3.- Una manera práctica de medir la intensidad de un campo magnético se basa en el uso de una pequeña bobina de N
espiras, con devanado compacto, llamada bobina exploradora. La bobina de área A, se sostiene inicialmente de modo que
ρ
su vector de área A está alineado con un campo magnético de magnitud B. En seguida se hace girar rápidamente la
bobina un cuarto de vuelta en torno a un diámetro, o bien se saca la bobina del campo con rapidez. Explicar cómo se
puede medir el valor de B con este dispositivo.
4.- La figura 3 muestra una versión simple de un alternador, un dispositivo que genera una fem. Se hace girar una espira
ρ
rectangular con rapidez angular ω constante en torno al eje que se muestra. El campo magnético B es uniforme y
constante. En el tiempo t = 0, φ = 0. Encontrar la fem inducida.
Figura 4
5.- El alternador del problema anterior produce una fem que varía de forma sinusoidal y, por tanto, una corriente alterna.
Un plan similar permite construir un generador de corriente continua (cc), el cual produce una corriente que siempre
1
tiene el mismo signo. En la figura 4a se muestra un prototipo de generador de cc. El arreglo de anillos partidos recibe el
nombre de conmutador, e invierte las conexiones con el circuito externo en las posiciones angulares donde la fem se
invierte. En la figura 4b se muestra la fem resultante. Los generadores comerciales de cc tienen un gran número de
bobinas y segmentos de conmutador; esta configuración nivela las salidas de las sacudidas de la fem, y de este modo la
tensión de bornes no sólo es unidireccional; también es prácticamente constante. La fuerza contraelectromotriz del motor
es simplemente la fem inducida por el flujo magnético cambiante a través de su bobina giratoria. Considerar un motor con
bobina cuadrada de 10 cm por lado, con 500 espiras de alambres. Si la magnitud del campo magnético es de 0,200 T, ¿a
qué rapidez de rotación es la fuerza contraelectromotriz promedio del motor igual a 112 V?
ρ
6.- La figura 5 muestra un conductor con forma de U en un campo magnético uniforme B perpendicular al plano de la
figura, dirigido hacia la parte interna de la página. Se coloca una barra metálica de longitud L entre los dos brazos del
ρ
conductor para formar un circuito, y se traslada la barra hacia la derecha con velocidad constante v . Esto induce una fem
y una corriente, y es por esta razón que este dispositivo recibe el nombre de generador de conductor corredizo. Hallar la
magnitud y dirección de la fem inducida resultante.
Figura 5
Figura 6
Figura 7
7.- En el generador de conductor corredizo del problema anterior, se disipa energía en el circuito debido a su resistencia.
Sea R la resistencia del circuito (constituido por el conductor corredizo y el conductor con forma de U que conecta los
extremos del conductor corredizo) en un punto dado del movimiento del conductor corredizo. Demostrar que la rapidez
con la que se disipa energía en el circuito es exactamente igual a la rapidez con la que se debe efectuar trabajo para
trasladar la barra a través del campo magnético.
ρ
8.- En la figura 6, hay un campo magnético uniforme B a través de la bobina. La magnitud del campo aumenta, y la fem
inducida resultante crea una corriente inducida. Con base en la ley de Lenz, hallar el sentido de la corriente inducida.
9.- Suponer que la longitud L en la figura 7 es de 0,10 m, la velocidad v es de 2,5 m/s, la resistencia total de la espira es de
0,03 Ω y B es 0,60 T. Encontrar ε, la corriente inducida y la fuerza que actúa sobre la barra.
10.- Un disco conductor de radio R (figura 8) yace en el plano
xy y gira con velocidad angular constante ω en torno al eje de
ρ
las z. El disco está en un campo B constante y uniforme,
paralelo al eje de las z. Hallar la fem inducida entre el centro y
el borde del disco.
Figura 8
Figura 9
11.- Suponga que el solenoide largo de la figura 9 tiene 500 espiras por metro y la corriente en sus devanados aumenta a
razón de 100 A/s. El área de sección transversal del solenoide es de 4 cm2 = 4 . 104 m2. a) Encontrar la magnitud de la fem
inducida en la espira de alambre externa al solenoide. b) Hallar la magnitud del campo eléctrico inducido en el interior de
la espira si el radio de ésta es de 2 cm.
2