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LABORATORIO DE ELECTROMAGNETISMO Nº6
LEY DE INDUCCIÓN DE FARADAY
OVALLE RODRIGUEZ ANGIE
ALTAMAR CARRILLO JOVANA
CASTELLAR EDUARDO
FRAGOZO SAMIR ELIAS
FACULTAD DE INGENIERÍAS Y TECNOLOGIAS
UNIVERSIDAD POPULAR DEL CESAR
ELECTROMAGNETISMO
GRUPO: 11-12
VALLEDUPAR
2015
INTRODUCCION
Los experimentos realizados por Faraday y Henry, de forma independiente,
demostraron que una corriente eléctrica se puede inducir en un circuito por un campo
magnético variable. estos resultados experimentales produjeron una importante ley
de electromagnetismo conocida como ley de inducción de Faraday. la magnitud de la
fem inducida en un circuito es igual a la razón de cambio del flujo magnético a través
del circuito. En este laboratorio se estudiara como la fem inducida se puede producir
varias formas y se describieron experimentos que impliquen esta ley, junto con una
aplicación relevante que hace uso del fenómeno de inducción electromagnética, como
lo es el transformador.
Los fenómenos eléctricos y magnéticos fueron considerados como independientes
hasta 1820, cuando su relación fue descubierta por casualidad. Así, hasta esa fecha el
magnetismo y la electricidad habían sido tratados como fenómenos distintos y eran
estudiados por ciencias diferentes.
Sin embargo en 1820 esto cambio gracias al descubrimiento que realizó el físico danés
Hans Chirstian Oersted, observando que la aguja de una brújula variaba su orientación
al pasar corriente a través de un conductor próximo a ella.
El descubrimiento de Oersted de los efectos magnéticos causados por la corriente
eléctrica, creo un gran interés en la búsqueda de los efectos eléctricos producidos por
campos magnéticos, que es la inducción electromagnética, descubierta en 1830 por
Michel Faraday y Joseph Henry, casi simultáneamente y de manera independiente.
Ampère había malinterpretado algunos experimentos, porque buscaba fenómenos
eléctricos causados por campos magnéticos estáticos. Los experimentos de Faraday y
Henry, mostraron que una corriente eléctrica podría inducirse en un circuito
mediante un campo magnético variable. Los resultados de estos importantes
experimentos llevaron a la ley conocida como Ley de Inducción de Faraday.
También, los campos eléctricos cambiantes producen campos magnéticos. Esto no se
descubrió experimentalmente, porque el efecto hubiera sido mínimo en los
experimentos de laboratorio realizados a principios del siglo XIX.
Maxwell predijo
teóricamente este hecho entre los años 1857 y 1865, en estudios cuyo objeto era
desarrollar una base matemática y conceptual firme para la teoría electromagnética.
Sugirió que un campo eléctrico cambiante actúa como una corriente de
desplazamiento adicional en la ley de Ampere.
En el siguiente laboratorio, se comprobara de forma experimental la ley de Faraday,
así como también algunos aspectos asociados.
OBJETIVO GENERAL

Comprobar que al moverse perpendicularmente un conductor en un campo
magnético se obtiene como resultado una corriente inducida.
OBJETIVOS

Con montajes sencillos demostrar la ley de inducción de Faraday y la
validez de la ley de Lenz.

Comprender el significado físico de la ley de inducción de Faraday, así como
sus aplicaciones.

Estudiar el funcionamiento y aplicación del transformador

Generar fuerza electromotriz utilizando campos magnéticos

Comprobar la ley de Faraday mediante la experimentación con la bobina
grande con respuesta de la bobina pequeña
LEY DE INDUCCIÓN DE FARADAY
MARCO TEÓRICO
Seguidamente se explicaran los principios y conceptos necesarios para la
comprensión, realización y explicación de todos los procesos y resultados obtenidos
en esta práctica experimental.
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
La inducción electromagnética es el proceso mediante el cual campos magnéticos
generan campos eléctricos. Al generarse un campo eléctrico en un material conductor,
los portadores de carga se verán sometidos a una fuerza y se inducirá una corriente
eléctrica en el conductor (Figura 1).
Figura 1: Corriente inducida mediante un campo magnético variable.
Cuando se dice que un campo magnético genera una corriente eléctrica en un
conductor, se hace referencia a que aparece una fem (llamada fem inducida) de modo
que las cargas del conductor se mueven generando una corriente (corriente inducida).
La ley que explica esta interacción entre la fuerza electromotriz inducida y el campo
magnético es la Ley de Faraday.
LEY DE FARADAY
Previo a la definición de la ley de Faraday, se explica el concepto de flujo magnético.
Flujo magnético
A la cantidad de líneas de fuerza que salen por un polo se le denomina flujo magnético.
Es decir, este indica el número de líneas de fuerza que atraviesan una superficie
cualquiera en el interior de un campo magnético (Figura 2), lo que sería una medida
de la cantidad de magnetismo.
Figura 2: Flujo magnético.
Se representa por Φ y se calcula con el campo magnético, la superficie sobre la que
actúa dicho campo y el ángulo que forman las líneas de fuerza del campo y los
diferentes elementos de superficie:
Dónde:
(𝐸𝑐. 1)
Φ es el flujo magnético.
B es el vector inducción magnética.
dA es una superficie infinitesimal.
Esta expresión se utiliza cuando el vector Inducción no es uniforme. En el caso de un
campo magnético uniforme a través de un circuito plano, el flujo es:
(𝐸𝑐. 2)
Dónde:
Φ es el flujo magnético.
B es el vector inducción magnética.
A es el vector superficie, que por convenio es normal a la superficie.
α es el ángulo que forman B y A.
Ley de Faraday
La Ley de inducción electromagnética de Faraday o Ley de Faraday se basa en los
experimentos que Michael Faraday realizó en 1831 y establece que el voltaje inducido
en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el
tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como
borde (Figura 3):
(𝐸𝑐. 3)
Dónde:
E es el campo eléctrico.
dl es el elemento infinitesimal del contorno C.
B es la densidad de campo magnético.
S es una superficie arbitraria, cuyo borde es C.
Figura 3: Ley de inducción electromagnética de Faraday. La interacción entre la fuerza
electromotriz inducida y el campo magnético es la Ley de Faraday:
(𝐸𝑐. 4)
Por tanto, para que aparezca una fuerza electromotriz (fem) inducida, debe variar el
flujo del campo magnético a través de la superficie delimitada por el conductor. De la
definición de flujo se deduce que hay tres formas de variar el flujo del campo
magnético: variar el módulo del campo, la superficie que lo atraviesa o el ángulo que
forman ambos. En el caso de un inductor con N vueltas de alambre, la fórmula anterior
se transforma en:
(𝐸𝑐. 5)
La ley de Faraday, junto con las otras leyes del electromagnetismo, fue incorporada en
las ecuaciones de Maxwell, unificando así al electromagnetismo. El signo menos de la
ley de Faraday indica el sentido que va a llevar la corriente inducida y se conoce como
Ley de Lenz.
LEY DE LENZ
Esta ley se llama así en honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la
formuló en el año 1834. La ley de Lenz establece que el sentido de la corriente
inducida es tal que tiende a oponerse a la causa que lo produce (Figura 4). Esta ley es
una consecuencia del principio de conservación de la energía.
Figura 4: Ley de Lenz.
La ley de Lenz significa que la corriente inducida en un circuito tendrá un sentido tal
que el campo magnético generado por dicha corriente compense la variación del flujo
que la ha causado.
Dicho de otra forma, la polaridad de una FEM inducida es tal, que tiende a producir
una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo
existente producido por la corriente original (Figura 5).
Figura 5: Oposición del campo magnético inducido al campo magnético inductor.
MATERIALES
 1 Multímetro UT33C.
 1 Fuente de voltaje DL1003.
 4 Cables de conexión de 70 cm aproximadamente.
 2 Imanes rectangulares de 7,5cm.
 2 Imanes con forma de aro.
 1 Bobina #740-20 de 1000 espiras.
 5 Alfileres de 2cm aproximadamente.
 1 Núcleo férrico de 7cm aproximadamente.
 15 Grapas pequeñas para papel.
PROCEDIMIENTO
1. Realice el montaje indicado en la Figura 6.
Figura 6: Montaje experimental.
2. Mueva lentamente el imán (acercándolo y alejándolo) en dirección perpendicular a
la del campo y describa lo observado en el multímetro.
Resultados.
Haciendo uso de los implementos anteriormente descritos, se organizó el montaje de
la figura 6. Posteriormente, se tomó el imán rectangular y se movió de arriba abajo,
introduciéndolo por el centro hueco de la bobina. En este proceso se hicieron las
siguientes observaciones:
*Cuando el polo norte del imán esta hacia arriba y el polo sur hacia abajo, se produce
una corriente positiva cuando este entra a la bobina (Figura 7-A) y una negativa
cuando sale (Figura 7-B).
* Cuando el polo sur del imán esta hacia arriba y el polo norte hacia abajo, se produce
una corriente positiva cuando este sale de la bobina y una negativa cuando entra.
Además, aproximadamente, la máxima corriente producida que se pudo observar fue
de 400𝜇𝐴.
Figura 7: (A) Acercamiento del polo sur del imán al centro de la bobina y (B)
alejamiento del polo sur del imán del centro de la bobina.
3. Coloque más rápido el conductor dentro del campo y observe el multímetro.
Resultados.
Al repetir el procedimiento anterior, pero aumentando la velocidad con que se
introducía y se sacaba el imán, se observaron los mismos resultados en cuanto a
sentidos de la corriente en cada caso, siendo estos sentidos indicados por el signo. La
única variedad para este proceso es que, aproximadamente, la máxima corriente
producida fue 1000𝜇𝐴.
4. Aumente la intensidad del campo magnético que acerca a la bobina y explique lo
observado en el multímetro.
Resultados.
Con el propósito de aumentar la intensidad del campo magnético se utilizaron dos
imanes rectangulares simultáneamente. Los sentidos de la corriente inducida
(identificados por el signo mostrado en el multímetro), permanecieron invariantes a
los resultados del inciso 2. La única diferencia observada fue que la corriente inducida
tenía mayor magnitud.
5. Deje el conductor en reposo dentro del campo magnético y observe el
galvanómetro. ¡Explique!
Resultados.
Al dejar el conductor en reposo dentro del campo magnético, no se produjo ninguna
corriente inducida. Esto se evidencia con el hecho de que el multímetro marcó 0𝜇𝐴
(Figura 8).
Figura 8: Campo magnético en reposo o estático.
6. Mueva el conductor paralelamente a la dirección del campo magnético y observe el
galvanómetro. ¡Explique!
Resultados.
Al mover el imán de izquierda a derecha por los lados de la bobina, se observó en el
multímetro, aproximadamente, una corriente mínima de -0,05𝜇𝐴 (Figura 9-A) y una
máxima de 0,08𝜇𝐴 (Figura 9-B). Esto indica que al mover el imán de esta forma, la
corriente inducida es muy mínima o despreciable, considerando la escala empleada.
Es decir, que despreciando lo errores prácticos, la corriente inducida es cero.
Figura 9: Movimiento paralelo del campo magnético del imán respecto a la bobina, en
donde (A) es la corriente mínima y (B) la máxima.
7. Conecte los terminales de la bobina a una fuente de corriente continua, coloque
unos alfileres a unos 3cm de distancia de la bobina y aumente lentamente tanto el
voltaje como la corriente que por ésta pasa. ¡Describa lo observado!
Resultados.
Utilizando la fuente de voltaje, se conectaron los terminales de la bobina a esta
diferencia de potencial.
En un principio, al utilizar la bobina sin núcleo férrico, a pesar de aumentar el voltaje
hasta 20V, el campo magnético fue tan débil que no pudo mover, ni mucho menos
atraer, a los alfileres.
Luego, al realizar el mismo procedimiento pero introduciendo el núcleo férrico, se
observó que al aumentar el voltaje hasta los 9V, ya el campo magnético producido era
capaz de mover los alfileres y a los 12V, capaz de atraerlos.
Para poner a prueba la intensidad del campo, se utilizó un grupo de 15 grapas aun
unidas, de modo que fueron como un solo cuerpo. Se observó que aproximadamente a
los 15V (Figura 10), el campo magnético producido era capaz de hacerlas mover y
cerca de los 19V, capaz de atraerlas.
Figura 10: Campos magnéticos generados por una corriente eléctrica.
ANÁLISIS Y RESULTADOS
1. Explique por qué se produce corriente eléctrica al mover el conductor de un campo
magnético perpendicular a él.
Al mover un conductor de un campo magnético perpendicularmente a él se produce
una corriente eléctrica debido a que el movimiento hace que el campo magnético sea
variable. Es decir, este movimiento ocasiona una variación del número de líneas de
fuerza del campo que atraviesan una superficie (en este caso la bobina o solenoide),
así como el ángulo que estas forman con los elementos de la superficie. Esto se
traduce en una variación del flujo magnético a medida que el tiempo transcurre. Por
esta razón se produce una inducción electromagnética, fenómeno que origina la
producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o voltaje) sobre el cuerpo de la bobina
y como es conductora, produce la corriente inducida.
2. ¿Por qué cuando la espira esta quieta o se mueve en la dirección del campo
magnético, no se presenta corriente eléctrica inducida?
En consecuencia a la respuesta anterior, si la espira esta quieta, aunque hay flujo
magnético, este no tendrá variación al pasar el tiempo, ya que las líneas de campo que
atraviesan las espiras serán las mismas. Es por esto que no se produce fuerza
electromotriz y por tanto, tampoco corriente inducida.
Del mismo modo tampoco habrá corriente inducida si se mueve la espira en la
dirección del campo ya que el ángulo entre la lineas de flujo y el vector de área de la
espira (que es perpendicular a esta) es 90º. Por tanto de acuerdo a la definición de
flujo magnético (Ec. 1), este será cero y no tendrá variación. En las condiciones reales
del experimento hubo una corriente, pero extremadamente mínima considerando la
escala, esto se debe a que no se movía el imán completamente paralelo a la dirección
del campo magnético, generándose así esos pequeños márgenes de error.
3. ¿Qué sucede al aumentar la velocidad con que se mueve el conductor en un campo
magnético perpendicular a él?
Si el conductor, en este caso una bobina, es quien se mueve en el campo magnético
perpendicular a él; tenemos que al acercar y alejar la bobina, ésta será atravesada por
las líneas del campo magnético. Esto generará un flujo magnético que varía con el
movimiento de la bobina y luego producirá una corriente, entonces entre más rápido
sea este movimiento más líneas de campo atravesarán por la bobina por lo que el flujo
será más variable en el tiempo y la corriente inducida será mayor a la que se
obtendría en las mismas condiciones con menor velocidad.
4. ¿Qué sucede cuando se aumenta la densidad del campo magnético?
Físicamente, al aumentar la intensidad del campo, lo que sucede es que también
aumenta la fuerza electromotriz inducida en la bobina, y por tanto, también lo hace la
corriente inducida. Esto se debe a que si el campo magnético aumenta, las lineas de
campo magnético que lo representan serán más y estarán más próximas. Esto se
traduce en un mayor flujo magnético, cuya variación en el tiempo debido al
movimiento, será mayor.
5. Explique el significado físico del signo menos (-) que aparece en el multímetro.
Físicamente, el signo menos en el multímetro indica el sentido real que lleva la
corriente inducida en la bobina. El sentido de la corriente inducida es tal que tiende a
oponerse a la causa que lo produce; siendo esto una consecuencia del principio de
conservación de la energía.
6. ¿Qué sucederá si cambiamos la polaridad de la corriente que pasa por la bobina?
¡Explica!
Cuando varias espiras se arrollan para formar una bobina, y la corriente pasa a través
del conductor, el campo magnético de cada espira enlaza con el de la siguiente.
El campo magnético producido entre dos espiras es similar al producido entre dos
conductores paralelos cuyas corrientes fluyen en la misma dirección. La influencia
combinada de todas las vueltas produce dos campos paralelos de dos polos,
semejantes al de un imán permanente en forma de barra. Tendrá todas las
propiedades de un imán permanente en tanto la corriente esté fluyendo.
Una inversión en la corriente en el conductor provoca la inversión de la dirección del
campo magnético que ella produce. Por lo tanto, la inversión de la corriente produce
la inversión de los polos del campo.
7. Explica la importancia que tuvo la inducción electromagnética en el desarrollo físico
y tecnológico de la humanidad.
La importancia de la inducción electromagnética es tal que no se podría imaginar la
vida actual sin dicha función ya que se aplica en casi todos los aparatos eléctricos,
desde los cargadores de los celulares que usan la inductancia para transformar la
corriente alterna de 110-220 voltios a directa de 3.5 mediante dos bobinados hasta las
correas espaciales de última generación (propulsores de inducción electromagnética).
Francamente sin la inducción electromagnética no podríamos concebir ningún
aparato electrónico ni motores eléctricos ni computadora, ni siquiera distribuir la
corriente por el cableado de una ciudad pues no se podría graduar su intensidad y
esta variaría en función de su consumo y producción tan rápida e inestable que
resultaría inoperable.
CONCLUSIONES

El fenómeno electromagnético puede ser muy bien descrito con el uso de las
bobinas o solenoides, ya que al establecer una corriente con una polaridad
definida en los terminales de ésta se producirá un campo electromagnético, y si
este campo se intensifica con un núcleo férrico, la bobina se convierte en un
electroimán.

Entre mayor sea el voltaje establecido en los terminales de una bobina con un
núcleo férrico, mayor será la intensificación del campo por lo que el
electroimán tendrá mayor fuerza de atracción. Esta capacidad es ampliamente
usada en la industria.

Una bobina al estar expuesta a un campo magnético variable con el tiempo
producirá una corriente cuyo signo depende de cómo atraviesen la bobina las
líneas de flujo del imán.
BIBLIOGRAFÍA
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http://acer.forestales.upm.es/basicas/udfisica/asignaturas/fisica/magnet/induccion.
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http://www.endesaeduca.com/Endesa_educa/recursos-interactivos/conceptosbasicos/iv.-electromagnetismo
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