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FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, QUIMICAS Y NATURALES
Universidad Nacional de Misiones
PROFESORADO DE FISICA
CATEDRA: Física III (Electromagnetismo)
Laboratorio Nº 6
Titular:
Ayudantes:
Mgter. Marcelo Julio Marinelli
Ing. Luis A. Fontana - Hugo Traid – Luciana Medina
Ley de Faraday y Ley de Lenz
1.1 Objetivos:



Comprobar la aplicación de la ley de Faraday y cuáles son las variables que afectan su
comportamiento.
Comprobar la ley de Lenz y como se relaciona con la ley de Faraday.
Aplicar la ley de Faraday a artículos cotidianos.
1.2 Ley de Faraday
1.2.1 Fundamento teórico
A fin de poder observar cómo es posible inducir una fem debido a un campo magnético cambiante,
considere una espira de alambre conectada a un amperímetro sensible, como se ilustra en la figura. Cuando
el imán se acerca a la espira, la lectura del amperímetro cambia desde
cero en una dirección, que en la figura 31.1a se ha ilustrado de forma
arbitraria con una desviación negativa. En cuanto se deja el imán en
reposo y se le mantiene fijo en relación con la espira (figura 31.1b), se
observa una lectura de cero. Cuando el imán es alejado de la espira, la
lectura en el amperímetro cambia en la dirección opuesta, como se ve
en la figura c. Por último, si el imán se mantiene fijo y la espira se mueve
ya sea hacia el imán o en la dirección opuesta, la lectura cambia desde
cero. A partir de estas observaciones, se concluye que la espira detecta
que el imán se está moviendo respecto a la espira, y esta detección se
correlaciona con un cambio en el campo magnético. Debido a eso,
parece existir una correspondencia entre la corriente y un campo
magnético cambiante.
Estos resultados son realmente notables porque ¡se establece
una corriente a pesar de que no existe una batería presente en el
circuito! A esta corriente se le conoce como corriente inducida, y se dice
que es producida por una fem inducida.
Faraday
concluyó que es posible inducir una corriente
eléctrica en una espira mediante un campo magnético cambiante.
Como
resultado
de
estas
observaciones,
La
corriente inducida existe sólo mientras el campo magnético que pasa a través de la espira cambia. En cuanto
el campo magnético alcanza un valor estable, la corriente en la espira secundaria desaparece. En efecto, la
espira se comporta como si se hubiera conectado una fuente de fem durante un lapso breve. Es habitual
decir que una fem inducida se produce en la espira debido al campo magnético cambiante.
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𝜀=−
𝑑𝛷
𝑑𝑡
CATEDRA: Física III (Electromagnetismo)
𝑐𝑜𝑚𝑜 𝛷 = ∮ 𝐵. 𝐴. 𝑐𝑜𝑠𝜃
𝜀=−
𝑑(𝐵. 𝐴. 𝑐𝑜𝑠𝜃)
𝑑𝑡
1.3 Ley de Lenz
1.3.1 Fundamento teórico
La ley de Faraday indica que la fem inducida y el cambio en el flujo tienen signos algebraicos
opuestos. Lo anterior tiene una interpretación física muy real que ha llegado a ser conocida como la 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.
Es decir, la corriente inducida tiende a mantener el flujo
magnético original a través de la espira por alteración. Ahora se
demostrará que esta ley es una consecuencia de la ley de
conservación de energía.
Para comprender la ley de Lenz, considere el ejemplo de la
barra que se mueve hacia la derecha sobre dos rieles paralelos en
presencia de un campo magnético uniforme (el campo magnético
externo, figura a). Conforme se mueve la barra hacia la derecha el flujo
magnético a través del área encerrada por el circuito se incrementa
con el tiempo ya que el área aumenta. 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. Ya que el flujo magnético debido a un campo externo dirigido
hacia adentro de la página está en aumento, la corriente inducida, si
ha de oponerse a este cambio, debe producir un campo dirigido hacia
el exterior de la página. En consecuencia, la corriente inducida debe
dirigirse en dirección opuesta a las manecillas del reloj cuando la barra
se mueve hacia la derecha. (Utilice la regla de la mano derecha para
verificar esta dirección.) Si la barra se mueve hacia la izquierda, como
en la figura b, el flujo magnético externo a través del área encerrada
por la espira se reduce con el transcurso del tiempo. Ya que el campo
está dirigido hacia la página, la dirección de la corriente inducida
deberá estar en sentido de las manecillas del reloj si ha de producir un
campo que también quede dirigido hacia la página. En cualquiera de
los casos, la corriente inducida tiende a mantener el flujo original a través
del área encerrada por la espira de corriente.
1.4 Experiencia I
A partir de la ecuación de la ley de Faraday, determinar cuáles son sus variables.
Luego se armará un circuito como el de la figura y se efectuarán observaciones del comportamiento
del circuito cuando se introduce el imán dentro de la bobina.
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Posteriormente se cambian los imanes, luego la bobina, y luego la
velocidad de introducción del imán dentro de la bobina.
1.4.1 Material a utilizar
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Conductores
Imán
Galvanómetro
Bobinas
1.5 Experiencia II
Arme un circuito como el de la figura
conectando la bobina del primario a la fuente de
alimentación y la bobina del secundario a un
amperímetro. Luego conecte el interruptor y vea
la corriente de arranque. Luego de un tiempo
desconecte la corriente y vuelva a leer la corriente
que se genere.
1.5.1 Material a utilizar


Conductores
Bobinas
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
Circuito magnético
Fuente de alimentación de 12 V
Amperímetro
Atención: solicite autorización al personal docente para realizar la conexión de la alimentación
eléctrica.
1.6 Experiencia III
Arme un circuito como el de la experiencia I, y repita la experiencia. Determine el signo de la corriente
generada.
Luego gire el imán y repita la experiencia.
1.7 Experiencia IV – Aplicaciones de la ley de Faraday – Interruptor diferencial
Se armará un circuito en el cual se conecte una bobina a un voltímetro. En su interior se colocará
un conductor doblado en 2 que se vinculará a una resistencia y a una fuente de alimentación.
Luego se conectará el interruptor y se observará el funcionamiento del galvanómetro. Luego se
repite la experiencia pero atravesando la bobina con solamente un conductor volviendo a observar el
comportamiento del galvanómetro.
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1.7.1 Material a utilizar
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Conductores
Bobina
Resistencia
Fuente de alimentación de 12 V
Voltímetro
1.8 Experiencia V – Corriente alterna
Armar una bobina simple con varias espiras y se la conecta a un voltímetro. Luego se la introduce
en el seno de un campo magnético.
Determinar qué pasa cuando se gira la misma y determinar el valor de la tensión generada.
1.9 Análisis de datos
Realizar un informe conteniendo
1. Explicaciones de las observaciones
efectuadas
2. Explicación de la relación entre la ley de
Faraday y la de Lenz
3. Explique las diferencias entre las experiencias
I y II.
4. Explique el funcionamiento de la experiencia
IV.
5. Conclusiones y conceptos aprendidos
1.6 Bibliografía


Sears Zemanski “Física Universitaria con Física Moderna – Volumen 2” – 12ª edición – Editorial
Addison Weasley
Serway, Raymond y Jewett, John W Jr. “Fisica para Ciencias e Ingeniería – Volumen 1” – 7ª
edición, Cengage Learning Editores