El documento describe un experimento para comprobar la ley de Faraday sobre la inducción electromagnética. Se usa un imán y una bobina de cobre para demostrar que al variar el flujo magnético a través de la bobina se induce una corriente eléctrica. Al aumentar la velocidad del imán a través de la bobina, aumenta la corriente inducida, confirmando la relación directa entre la variación del flujo magnético y la fuerza electromotriz inducida.

1. FISICA EXPERIMENTAL I
III
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
I. OBJETIVOS
S
Comprobar la ley de Faraday, sobre corriente eléctrica inducida por un flujo
magnético variable.
II. FUNDAMENTO TEORICO
Al circular una corriente eléctrica a través de un conductor, se genera un campo
eléctrico a su alrededor. Cabría entonces hacerse la siguiente pregunta:¿es posible
que un campo magnético genere corriente eléctrica?
Es necesario conocer el concepto de “flujo magnético”, para ello considerar una
superficie plana, de área A, colocado en un campo magnético uniforme B.
trazando una perpendicular a la superficie, designemos por θ el ángulo formado
por dicha normal N, con el vector B, el flujo magnético (φ ) que pasa a través de
esta superficie se define por:
φ = BA cos θ
unidades :
1weber = Teslaxm 2
1Wb = 1T − m 2
Toribio Córdova / Job Abanto / Juan Aquino
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INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Faraday observo que se producía una “corriente inducida” en un circuito, cuando
se produce una variación de flujo magnético a través del mismo. También pudo
concluir que el valor de la f.e.m. inducida era mayor cuanto más rápidamente se
produjera la variación de flujo a través del circuito. Para ser más precisos, hallo
que si durante un intervalo de tiempo ∆t , el flujo magnético atraviesa un circuito,
cambia en ∆φ , en dicho circuito existirá una f.e.m. inducida cuya magnitud esta
dad por:
∆φ= variación de flujo magnético.
∆φ
E=−
∆t
∆t = intervalo de tiempo
E = f.e.m. inducida.
Si se considera una bobina de N espiras, entonces la expresión anterior se
convertirá en:
E = −N
∆φ
∆t
N= número de espiras.
Heinrich Lenz, enuncio la ley que le permitió establecer el sentido de las corrientes
inducidas y dice: “la corriente eléctrica inducida en un circuito aparece siempre con
sentido tal, que el campo magnético que produce, tiende a oponerse a la variación
del flujo magnético que atraviesa dicho circuito”.
• Inducción electromagnética
Es el fenómeno que origina la producción de una fuerza electromotriz (f.e.m. o
voltaje) en un medio o cuerpo expuesto a un campo magnético variable, o bien en
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INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
un medio móvil respecto a un campo magnético estático. Es así que, cuando dicho
cuerpo es un conductor, se produce una corriente inducida. Este fenómeno fue
descubierto por Michael Faraday quién lo expresó indicando que la magnitud del
voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético (Ley de Faraday).
El
descubrimiento
de
Oersted
según
el
cual
las
cargas
en movimiento interaccionan con los imanes y el descubrimiento posterior de que
los campos magnéticos ejercen fuerzas sobre corrientes eléctricas, no solo
mostraba la reacción entre dos fenómenos físicos hasta entonces independientes,
sino también porque podría ser un camino para producir corrientes eléctricas de
un modo más barato que con la pila de volta. Faraday fue el que obtuvo primeros
resultados positivos en la producción de corrientes eléctricas mediante campos
magnéticos.
• Leyes De Faraday Y De Lenz
Faraday descubrió que cuando un conductor es atravesado por un flujo magnético
variable, se genera en él una fuerza electromotriz inducida que da lugar a una
corriente eléctrica.
El sistema que generaba la corriente (el imán en nuestra experiencia) se llama
inductor y el circuito donde se crea la corriente, inducido (la bobina en nuestro
caso).
Este fenómeno de inducción electromagnética se rige por dos leyes, una de tipo
cuantitativo conocida con el nombre de ley de Faraday y otra de tipo cualitativo o
ley de Lenz.
El sentido de la fuerza electromotriz inducida es tal que la corriente que crea
tiende mediante sus acciones electromagnéticas, a oponerse a la causa que la
produce.
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4. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
FISICA EXPERIMENTAL III
Faraday observo que la intensidad de la corriente inducida es mayor cuanto más
rápidamente cambie el número de líneas de fuerza que atraviesan el circuito. (En
nuestro caso cuanto mayor es la velocidad del imán o de la bobina, mayor es la
intensidad de la corriente se crea en esta última) Este hecho experimental está
reflejado en la ley que se enuncia: La fuerza electromotriz e inducida en un circuito
es directamente proporcional a la velocidad con que cambia el flujo que atraviesa
el circuito.
• Campo magnético
Se puede definir el campo magnético como la región del espacio donde se
manifiestan acciones sobre las agujas magnéticas.
Una carga en movimiento crea en el espacio que lo rodea, un campo magnético
que actuara sobre otra carga también móvil, y ejercerá sobre esta última una
fuerza magnética.
• Campo de fuerzas magnéticas
Las limaduras y alfileres de hierro, dejados sobre una mesa, se mueven cuando se
les acerca un imán. Si dicho imán se acerca a una brújula, la aguja se desvía estas y
otras más demuestran que el espacio alrededor del imán adquiere propiedades
especiales, ya que el imán es capaz de ejercer fuerzas en su entorno, es decir, el
imán crea un campo de fuerzas. Según esto, en el campo gravitatorio la fuerza se
manifiesta sobre una masa, y en el campo eléctrico sobre una carga eléctrica. En el
campo magnético no se dice sobre un polo magnético, sino sobre una aguja
magnética o limaduras que siempre poseen dos polos. Esto es debido a que si se
parte una aguja magnética o cualquier otro imán por su línea neutra, se
comprueba que cada una de las partes se comporta como un nuevo imán.
Si se siguen subdividiendo los nuevos imanes, todos los fragmentados obtenidos
actúan como un imán, con sus polos norte y sur bien diferenciados. Es decir en un
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imán no es posible separar dos polos magnéticos. Se puede definir el campo
magnético como la región del espacio donde se manifiestan acciones sobre las
agujas magnéticas.
La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por
campos magnéticos variables con el tiempo. El descubrimiento por Faraday y
Henry de este fenómeno introdujo una cierta simetría
del electromagnetismo.
conocimientos
básicos
Maxwell
sobre
consiguió
reunir
la electricidad y
en
una
en el mundo
sola teoría los
el magnetismo.
Su
teoría
electromagnética predijo, antes de ser observadas experimentalmente, la
existencia de ondas electromagnéticas. Hertz comprobó su existencia e inició para
la humanidad la era de las telecomunicaciones.
El descubrimiento, debido a Oersted, de que una corriente eléctrica produce un
campo magnético estimuló la imaginación de los físicos de la época y multiplicó el
número de experimentos en busca de relaciones nuevas entre la electricidad y
el magnetismo. En ese ambiente científico pronto surgiría la idea inversa de
producir corrientes eléctricas mediante campos magnéticos. Algunos físicos
famosos
y
otros
menos
conocidos
estuvieron
cerca
de
demostrar
experimentalmente que también la naturaleza apostaba por tan atractiva idea.
Pero fue Faraday el primero en precisar en qué condiciones podía ser observado
semejante fenómeno. A las corrientes eléctricas producidas mediante campos
magnéticos Faraday las llamó corrientes inducidas. Desde entonces al fenómeno
consistente
en
generar
campos
eléctricos
a
partir
de
campos
magnéticos variables se denomina inducción electromagnética.
La inducción electromagnética constituye una pieza destacada en ese sistema de
relaciones mutuas entre electricidad y magnetismo que se conoce con el nombre
de electromagnetismo. Pero, además, se han desarrollado un sin número de
aplicaciones prácticas de este fenómeno físico. El transformador que se emplea
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para conectar una calculadora a la red, la dinamo de una bicicleta o el alternador
de una gran central hidroeléctrica son sólo algunos ejemplos que muestran la
deuda que la sociedad actual tiene contraída con ese modesto encuadernador
convertido, más tarde, en físico experimental que fue Michael Faraday.
Cuando movemos un imán permanente por el interior de las espiras de una
bobina solenoide (A), formada por espiras de alambre de cobre, se genera de
inmediato una fuerza electromotriz (FEM), es decir, aparece una corriente eléctrica
fluyendo por las espiras de la bobina, producida por la "inducción magnética" del
imán en movimiento. Si al circuito de esa bobina (A) le conectamos una segunda
bobina (B) a modo de carga eléctrica, la corriente al circular por esta otra bobina
crea a su alrededor un "campo electromagnético", capaz de inducir, a su vez,
corriente eléctrica en una tercera bobina.
Por ejemplo, si colocamos una tercera bobina solenoide (C) junto a la bobina (B),
sin que exista entre ambas ningún tipo de conexión ni física, ni eléctrica y
conectemos al circuito de esta última un galvanómetro (G), observaremos que
cuando movemos el imán por el interior de (A), la aguja del galvanómetro se
moverá indicando que por las espiras de (C), fluye corriente eléctrica provocada,
en este caso, por la "inducción electromagnética" que produce la bobina (B). Es
decir, que el "campo magnético" del imán en movimiento produce "inducción
magnética" en el enrollado de la bobina (B), mientras que el "campo
electromagnético" que crea la corriente eléctrica que fluye por el enrollado de esa
segunda bobina produce "inducción electromagnética" en una tercera bobina.
Una carga eléctrica crea un campo eléctrico. Una carga eléctrica en movimiento
crea además un campo magnético. Para expresar la existencia de dos campos,
diremos
que
la
corriente
El electromagnetismo estudia
eléctrica
las
crea
relaciones
un
entre
campo
electromagnético.
corrientes
eléctricas
fenómenos magnéticos.
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y

7. FISICA EXPERIMENTAL III
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
La similitud que existe entre el comportamiento de los imanes y las cargas
eléctricas sugiere la posibilidad de que exista una relación de los fenómenos
eléctricos y magnéticos.
En 1820 el físico y químico Hans Christian Oersted, consiguió demostrar la relación
existente entre ellos, así que realizo una práctica.
De esta experiencia llego a una conclusión evidente: un conductor por el que
circula una corriente eléctrica crea un campo magnético.
Oersted comprobó también que cuanto más grande era la intensidad de corriente,
mayor era la velocidad de desviación de la aguja imantada, y el conductor, para
un valor de intensidad constante, mayor era la desviación experimentada por la
aguja.
• Flujo magnético
Las
corrientes
r
eléctricas
producen
efectos
r
magnéticos.
Una
corriente
ur r
eléctrica j ( r ) produce un campo magnético B ( r ) Una pregunta que surge en
forma natural es si es posible que algún fenómeno magnético produzca también
un fenómeno eléctrico. Faraday (1831) descubrió que los efectos buscados
aparecen como consecuencia de la variación temporal de los campos magnéticos.
Antes de discutir los resultados de Faraday, definamos el concepto de flujo
magnético.
Es el flujo magnético que atraviesa una superficie S. El flujo magnético tiene varias
propiedades interesantes,
El flujo a través de una superficie cerrada cualquiera es siempre cero.
Debido a lo anterior, el flujo a través de una superficie S abierta no depende
de su forma, sino sólo de la curva que lo limita.
El hecho anterior puede hacerse explícito.
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FISICA EXPERIMENTAL III
III. PROCEDIMIENTO
1. Instale el equipo como se muestra en la fig.2; utilizar la bobina de 200 espiras.
2. Conectar el amperímetro a la escala de 0,5 m
3. Introduzca el imán en la bobina con cierta velocidad, y retírelo con la “misma
rapidez”. Anote las observaciones.
Lo que se puede observar es que el multímetro empieza a captar electricidad
generada por la bobina y empieza a marcar la cantidad de corriente generada.
4. Repita el procedimiento anterior pero introduciendo el otro extremo del imán.
Anote sus observaciones.
Se puede observar que se genera la misma cantidad que el otro extremo no
hay variación con respecto a la generada anteriormente.
5. Aumente la velocidad y repita los procedimientos 3 y 4. Anote sus
observaciones.
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III
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
Se puede observar que hay una relación
directamente
proporcional
a
mayor
velocidad mayor corriente inducida que
genera.
6.
Mantenga el imán fijo sobre la mesa
en posición vertical, tome la bobina con la
mano y muévala hasta que el imán se
introduzca en la bobina. Luego retírelo.
Anote sus observaciones.
Se puede observar que no hay cambios en el multímetro es decir que en el
tiempo que se ha ejecutado este procedimiento no se ha generado corriente
este
inducida.
7. Cambie la bobina por el del siguiente número de espiras y realice los
procedimientos 3 y 4.Anote sus observaciones y las lecturas del m A para cada
bobina.
Se puede observar que lo que genera es similar reacción en lo anteriormente
trabajado.
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FISICA EXPERIMENTAL I
III
IV. MATERIALES
Bobinas de 100, 200 y
1000 espiras
1 multímetro
Imanes rectos
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11. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
FISICA EXPERIMENTAL I
III
Cables de
conexiones
V. CUESTIONARIO
1. ¿Podría afirmarse que de acuerdo a los procedimientos 3 y 7, el valor
odría
de la corriente inducida es proporcional al número de espiras?
Si porque debido a que mayor sea el número de espiras mayor será la
corriente inducida por tanto el campo magnético es capaz de atravesar
mayores cantidades de filamentos.
2. Cuando el imán se encuentra dentro de la bobina, estando ambas en
uando
bobina,
reposo. ¿Existe corriente inducida?
xiste
No. Porque el campo magnético esta estático y no pasa o gira alrededor de
las espiras de cobre.
3. Si los experimentos los hubiesen realizado con una bobina 50 veces
mayor en número de espiras que la primera. ¿Qué observaras?
ro
¿Qué
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12. INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
FISICA EXPERIMENTAL I
III
Se generaría mayor electricidad debido a que el campo magnético atraviesa
un número mayor de espiras generando mayor corriente inducida.
inducida.
4. ¿Cómo explicaría dicha observación?
ómo
El campo magnético se observa una relación directa mayor cantidad de
espiras mayor será la corriente inducida, debido a que al haber mayor
cantidad de espiras que atraviesan dicho campo y generan mayor corrient
corriente.
5. ¿En qué casos entonces seria cierta siempre la ley de faraday?
n
En los casos en que se aplique una velocidad al imán generando así que su
campo magnético atraviese una y otra vez las espiras y no este estático.
6. Construya un gráfico de las variaciones del flujo en función de las
lecturas en el mA.
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13. FISICA EXPERIMENTAL III
INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
7. ¿Qué relación empírica existe entre la variación de flujo y la intensidad
de corriente inducida?
La relación es directamente proporcional.
8. Explique
los
procedimientos
para
determinar,
por
medición,
la
resistencia total RT de las resistencias conectadas en paralelo.
Hay una relación directamente proporcional a mayor velocidad a mayor
velocidad que cambie el flujo del magnetismo mayor será la corriente o la
fuerza electromotriz.
Para empezar decir que la corriente inducida aparece si existe un campo
magnético variable o si varía la superficie que atraviesa el campo o también
si varía el ángulo entre el campo y el vector superficie.
La ley de Faraday nos dice que la fuerza electromotriz inducida es la
velocidad con que varía el flujo magnético con el tiempo, por lo tanto:
Dónde:
E = fuerza electromotriz inducida
N = número de espiras
Ѳ = flujo
t = tiempo
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