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Ley de Faraday y Ley de Lenz: Inducción Electromagnética, Apuntes de Física Cuántica

Michael faraday descubrió la ley de faraday en el siglo xix, que establece la relación entre el cambio de flujo magnético y la fuerza electromotriz inducida en una espira. Heinrich lenz formuló más tarde la ley de lenz, que determina la dirección de la corriente inducida y se opone al cambio de flujo original. Ambas leyes y su importancia en la inducción electromagnética.

Tipo: Apuntes

2021/2022

Subido el 11/05/2022

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Ley de Faraday
La ley de Faraday, descubierta por el físico en el siglo XIX Michael Faraday.
Relaciona la razón de cambio de flujo magnético que pasa a través de una espira
(o lazo) con la magnitud de la fuerza electromotriz
ε
inducida en la espira. La
relación es
ε=d Φ
dt
La fuerza electromotriz, o FEM, se refiere a la diferencia de potencial a través de
la espira descargada (es decir, cuando la resistencia en el circuito es alta)
El experimento de Faraday: inducción por un imán que pasa a través de una
bobina.
El experimento fundamental que llevo a Michael Faraday a establecer su ley fue
bastante sencillo. Faraday utilizo un tubo de cartón con alambre aislado enrollado
a su alrededor para formar una bobina. Conecto un voltímetro a través de la
bobona y registro la FEM inducida conforme pasaba un imán a través de la
bobona.
figura 1. el experimento de Faraday: un imán pasa a través de la bobina
las observaciones fueron las siguientes:
1. El imán en reposo dentro o cerca de la bobina: no se observó voltaje
2. El imán entrando a la bobina: se registró algo de voltaje, que alcanzo su
magnitud más alta cuando el imán se estaba acercando al centro de la
bobina.
3. El imán pasando por el centro de la bobina: se registró un cambio súbito de
signo en el voltaje.
4. El imán saliendo de la bobina: se registró un voltaje opuesto en la dirección
inversa a la del imán moviéndose hacia la bobina.
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Ley de Faraday La ley de Faraday, descubierta por el físico en el siglo XIX Michael Faraday. Relaciona la razón de cambio de flujo magnético que pasa a través de una espira (o lazo) con la magnitud de la fuerza electromotriz ε^ inducida en la espira. La relación es ε = d Φ dt La fuerza electromotriz, o FEM, se refiere a la diferencia de potencial a través de la espira descargada (es decir, cuando la resistencia en el circuito es alta) El experimento de Faraday: inducción por un imán que pasa a través de una bobina. El experimento fundamental que llevo a Michael Faraday a establecer su ley fue bastante sencillo. Faraday utilizo un tubo de cartón con alambre aislado enrollado a su alrededor para formar una bobina. Conecto un voltímetro a través de la bobona y registro la FEM inducida conforme pasaba un imán a través de la bobona. figura 1. el experimento de Faraday: un imán pasa a través de la bobina las observaciones fueron las siguientes:

  1. El imán en reposo dentro o cerca de la bobina: no se observó voltaje
  2. El imán entrando a la bobina: se registró algo de voltaje, que alcanzo su magnitud más alta cuando el imán se estaba acercando al centro de la bobina.
  3. El imán pasando por el centro de la bobina: se registró un cambio súbito de signo en el voltaje.
  4. El imán saliendo de la bobina: se registró un voltaje opuesto en la dirección inversa a la del imán moviéndose hacia la bobina.

Ley de Lenz Es una consecuencia del principio de conservación de la energía aplicado a la inducción electromagnética. Fue formulada por Heinrich Lenz en 1833. Mientras que la ley de Faraday nos dice la magnitud de la FEM producida, la ley de Lenz nos dice en qué dirección fluye la corriente, y establece que la dirección siempre es tal que se opone al cambio de flujo que la produce. Esto significa que cada campo magnético generado por una corriente inducida va en la dirección opuesta al cambio en el campo original. Típicamente incorporamos la ley de Lenz a la ley de Faraday con un signo de menos, que nos permite utilizar el mismo sistema de coordenadas para el flujo y la FEM. a veces nos referimos al resultado como la ley de Faraday- Lenz, ε^ = − d Φ dt En la práctica, frecuentemente lidiamos con la inducción magnética en espiras múltiples de alambre, donde cada una contribuye con la misma FEM. por esta razón, incluimos un término adicional N para representar el número de vueltas, es decir, ε =− N d Φ dt Los motores son dispositivos en los que se transfiere energía mediante transmisión eléctrica y de los cuales se transfiere energía hacia afuera en forma de trabajo. En vez de generar una corriente mediante el giro de una espira, una batería suministra corriente a la bobina, y el momento de torsión que actúa en la bobina conductora de corriente hace que esta gire. Se puede consumir trabajo mecánico útil si se une la espira rotatoria con algún dispositivo externo. Sin embargo, cuando la bobina gira en un campo magnético, el flujo magnético cambiante induce una fem en la bobina; la fem inducida siempre actuara para reducir la corriente en la bobina. De no ser así, se hubiera violado la ley de Lenz. La fuerza contraelectromotriz aumenta en magnitud conforme se incrementa la rapidez de rotación de bobina. (el termino fuerza contraelectromotriz se utiliza para indicar que una fem tiene tendencia a reducir la corriente suministrada.) ya que el voltaje disponible para el suministro de la corriente es igual a la diferencia entre el voltaje de alimentación y la fuerza contraelectromotriz, la corriente que pasa por la espira rotatoria queda limitada por esta última.