1. Bobina de Faraday Ing. Roberto Carlos Campos Mito Introduccin a la Fsica (Grupo 01) Integrantes Flores Corpeo, Amlcar Ernesto FC101413 Navarro Campos, Miguel Antonio NC100111 Navarro Campos, Gabriela Carolina NC100113 Salazar Guerrero, Enrique Alexander SG100313 30-10-2013

2. BOBINA DE FARADAY 1 Contenido Resumen.....................................................................................................................2 Marco Terico ...........................................................................................................3 Objetivos ....................................................................................................................4 Fundamento Teorico................................................................................................5 Alcances y Limitaciones ..........................................................................................9 Aplicaciones............................................................................................................10 Procedimientos .......................................................................................................12 Conclusiones ...........................................................................................................13 Bibliografa ...............................................................................................................14 3. BOBINA DE FARADAY 2 Resumen La ley de Faraday nos dice que la magnitud de la fem inducida en un circuito es igual a la razn de cambio del flujo magntico a travs del circuito. Con todos los experimentos se lleg a la conclusin que la fem se puede inducir, al igual que la corriente, mediante una simple bobina o un simple alambre dentro de un campo magntico. 4. BOBINA DE FARADAY 3 Marco Terico Cualquier cambio del entorno magntico en que se encuentra una bobina de cable, originar un "voltaje" (una fem inducida en la bobina). No importa cmo se produzca el cambio, el voltaje ser generado en la bobina. El cambio se puede producir por un cambio en la intensidad del campo magntico, el movimiento de un imn entrando y saliendo del interior de la bobina, moviendo la bobina hacia dentro o hacia fuera de un campo magntico, girando la bobina dentro de un campo magntico, etc. La ley de Faraday es una relacin fundamental basada en las ecuaciones de Maxwell. Sirve como un sumario abreviado de las formas en que se puede generar un voltaje (o fem), por medio del cambio del entorno magntico. La fem inducida en una bobina es igual al negativo de la tasa de cambio del flujo magntico multiplicado por el nmero de vueltas (espiras) de la bobina. Implica la interaccin de la carga con el campo magntico. 5. BOBINA DE FARADAY 4 Objetivos Objetivo General Conocer y demostrar el concepto de la ley de Faradayas como tambin su funcionalidad. Objetivos Especficos Realizar experimentalmente la validez de la ley de Faraday. Indicar cules son sus aplicaciones en la vida cotidiana. 6. BOBINA DE FARADAY 5 Fundamento Teorico Los experimentos de rsted en 1820 pusieron de manifiesto que una corriente elctrica produce un campo magntico, del mismo tipo que el causado por los imanes. El principio de reciprocidad, comn a muchas reas de la fsica, sugera que un campo magntico causa una corriente elctrica. Sin embargo, durante 12 aos los experimentos dieron resultados negativos. La simple presencia de un campo magntico no produce corriente alguna. En 1831 Michael Faraday realiz importantes descubrimientos que probaban que efectivamente un campo magntico puede producir una corriente elctrica, pero siempre que algo estuviera variando en el tiempo. As descubri: Si se mueve un imn en las proximidades de una espira, aparece una corriente en sta, circulando la corriente en un sentido cuando el imn se acerca y en el opuesto cuando se aleja. El mismo resultado se obtiene si se deja el imn quieto y lo que se mueve es la espira. En lugar de un imn pueden usarse dos bobinas y se obtiene el mismo resultado. De nuevo, es indiferente cul de las dos se mueva con tal de que haya un movimiento relativo. BREVE EXPLICACIN DE LA LEY DE FARADAY Y DE LA LEY DE LENZ La Ley de Faraday est basada en los experimentos que hizo Michael Faraday y establece que el voltaje (FEM, Fuerza Electromotriz Inducida) inducido en una bobina es directamente proporcional a la rapidez de cambio del flujo magntico por unidad de tiempo en una superficie cualquiera con el circuito como borde: Donde es la FEM inducida, y m es la variacin delflujo magntico en un tiempo t. Cuando el flujo magntico se da en webers y el tiempo en segundos, la fuerza electromotriz inducida resulta en volts. Un volt es igual a un weber-vuelta por segundo. El signo negativo se debe a que el voltaje 7. BOBINA DE FARADAY 6 inducido tiene un sentido tal que establece una corriente que se opone al cambio de flujo magntico. El cambio del nmero de lneas magnticas que pasan por un circuito induce una corriente en l, si el circuito est cerrado, pero el cambio siempre induce una fuerza electromotriz, est o no el circuito cerrado. El flujo magntico se define como el producto entre el campo magntico y el rea que ste encierra. Razonando estas expresiones, es fcil darse cuenta de que si se produce un cambio tanto en el campo magntico como en el rea que atraviesa, se inducir una fuerza electromotriz. En esta experiencia lo que se variar ser el campo magntico. Ley de Lenz Cuando se genera una fem por cambio en el flujo magntico, de acuerdo con la ley de Faraday, la polaridad de la fem inducida es tal que produce una corriente cuyo campo magntico, se opone al cambio que lo produjo. El campo magntico inducido en el interior de cualquier bucle de cable, siempre acta para mantener constante el flujo magntico del bucle. En el ejemplo de abajo, si el campo B aumenta, el campo inducido acta en oposicin. Si est disminuyendo, el campo magntico acta en la direccin del campo aplicado, para tratar de mantenerlo constante. 8. BOBINA DE FARADAY 7 Esta ley podra haberse predicho a partir de principio de la conservacin de la energa. Cuando se mueve un imn hacia una bobina, inducindose as una corriente en el enrollamiento, la corriente inducida calienta el alambre. Para proporcionar la energa necesaria para ello, se tiene que hacer trabajo venciendo una fuerza que se opone. Si la fuerza no se opusiera al movimiento, se estara creando energa; por lo tanto, el campo magntico de la corriente inducida tiene que oponerse al cambio. Principio de un motor El principio de funcionamiento del motor se basa en la ley de Faraday. Si en lugar de un conductor rectilneo con terminales en circuito abierto se introduce un anillo conductor con los extremos conectados a una determinada resistencia y se hace girar en el interior del campo, de forma que vare el flujo magntico abrazado por la misma se detectar la aparicin de una corriente elctrica que circula por la resistencia y que cesara en el momento en que se detenga el movimiento. Normalmente en un motor se emplea un cierto nmero de espiras devanadas sobre un ncleo magntico de forma apropiada y tambin en algunas ocasiones se sustituye el imn permanente creador del campo por un electroimn, el cual produce el mismo efecto cuando se le aplica la corriente excitadora. A este ltimo elemento (Imn o electroimn) se le denomina inductor, el conjunto espiras y ncleo mviles constituyen el inducido. El sentido de la corriente elctrica que circula por el inducido est definido mediante la Ley de Lenz si esta ley se aplica a nuestro caso nos indicar que la corriente inducida crear un campo magntico para que se oponga al movimiento de la misma lo que obligar a aplicar un determinada energa para mantener el movimiento la cual depender lgicamente de la intensidad de la corriente generada y del valor de la resistencia de carga , pudiendo calcularse como el producto de la energa consumida en la carga por un nmero que expresar el rendimiento de la conversin. 9. BOBINA DE FARADAY 8 Ahora bien, todos los fenmenos expresados corresponden al efecto opuesto al de un motor, es decir, que mediante el sistema descrito se genera un corriente elctrica a partir de un movimiento mecnico, lo que corresponde al principio de funcionamiento de un dinamo, sin embargo, al ser dicho efecto reversible, bastar con invertir los papeles y si en lugar de extraer corriente del inducido se le aplica un determinada tensin exterior, se producir la circulacin de una cierta intensidad de corriente por las espiras y stas comenzarn a girar, completndose as el motor.Es importante considerar que teniendo en cuenta la ley de Lenz mencionada anteriormente, al girar se crear en el mismo una determinada tensin elctrica, de sentido contrario al exterior que tender a oponerse al paso de la corriente para compensar as las variaciones de flujo magntico producidas. 10. BOBINA DE FARADAY 9 Alcances y Limitaciones Alcances Desarrollo de modelos ms potentes para la industria. Al desarrollarse este principio se pueden llegar a crear modelos para diversas actividades cotidianas. Limitaciones Encontrar una fuente adecuada para probar nuestra bobina. Hacer un diseo fiable de nuestra bobina. Encontrar los materiales adecuados para la fabricacin. 11. BOBINA DE FARADAY 10 Aplicaciones El nmero de aplicaciones de la ley de Faraday es infinito. Prcticamente toda la tecnologa elctrica se basa en ella,as que se pueden ver prcticamente en todas las reas de la sociedad ya que generadores, transformadores y motores elctricos se basan en ella. Aqu indicamos algunas de las aplicaciones ms directas. Generador Al principio de este artculo se describe un generador de corriente continua elemental, consistente en una espira que penentra en un campo magntico. Este generador carece de utilidad prctica. Mucho ms importante es el alternador presente en la mayora de las centrales elctricas. En un alternador una turbina (movida por agua o vapor, por ejemplo) hace girar un imn (el rotor) estando rodeado por una serie de bobinas (el estator) en las que se induce una corriente elctrica. Como el campo magntico se encuentra en rotacin con velocidad angular el resultado es una corriente alterna de frecuencia angular . Cuando se usan 3 o 6 bobinas el resultado son tres corrientes alternas desfasadas un tercio de periodo, que es lo que se conoce como corriente alterna trifsica. Motor elctrico Relacionado con el generador est el motor elctrico, en el cual lo que se hace es girar un electroimn (el rotor) en el interior del campo magntico creado por otros electroimanes (el estator) haciendo que por el rotor circule una corriente alterna se puede conseguir una rotacin continuada. Al estudiar los efectos de induccin de una bobina (primario) sobre otra (secundario) se obtiene que en el caso ideal, el voltaje que resulta en el secundario es proporcional al voltaje del primario. De esta manera se puede elevar o reducir el voltaje a voluntad. El dispositivo formado por estas dos bobinas alrededor de un ncleo es un transformador 12. BOBINA DE FARADAY 11 Freno magntico Otra aplicacin directa de la ley de Faraday es su uso en frenos magnticos. Estos no se basan, como podra pensarse, en la atraccin magntica sobre una pieza de hierro o acero. Cocinas de induccin El mismo principio de los frenos magnticos se plica si lo que queremos es producir calor. Una cocina de induccin consiste en un imn en espiral situado debajo de la placa vitrocermica, que produce un campo magntico alterno (que vara como el coseno de t). Al colocar sobre la cocina un recipiente metlico se inducen corrientes de Foucault en el propio recipiente y en el agua y alimentos que contiene. El calor liberado por estas corrientes es el que se emplea para cocinar los alimentos. 13. BOBINA DE FARADAY 12 Procedimientos Materiales Alambre de cobre Fuente de alimentacin Pinzas de caimn Soporte para la bobina Base para los soportes de bobina Procedimiento Elaborar los soportes en los cuales se montara el eje de la bobina. Utilizar 15cm de alambre de cobre para hacer la bobina. Montar la bobina sobre los soportes. Electrizar los soportes con la fuente o batera dependiendo del tamao de la bobina. Se coloca un imn en la parte de debajo de la bobina a modo que el campo magntico de este afecte a la bobina. 14. BOBINA DE FARADAY 13 Conclusiones Gracias a los descubrimientos de Faraday y Lenz estos procedimientos no solo se pueden demostrar en teora sino tambin en prctica con infinidad de experimentos, sin este principio no se conoceran los modelos actuales de motores DC, algo muy importante de mencionar es que en la industria automotriz se encuentran motores como impulsores de los nuevos automviles en sustitucin de los aejos y obsoletos motores a gasolina generadores de casi el 30% de la polucin mundial ayudando a reducir la contaminacin ambiental; prcticamente toda la tecnologa elctrica se basa en en este principio y est presente en todos los mbitos de la vida cotidiana. 15. BOBINA DE FARADAY 14 Bibliografa http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Faraday http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/electric/farlaw.html Paul G. Hewitt. Fsica Conceptual. Editorial Pearson Addison Wesley. Novena edicin. 2004, Mxico. Blackwood, Kerry, Bell. Fsica general, Nueva Edicin. Editorial C.E.C.S.A. 1980. Mxico.