Faraday-Henry
18 Mar, 2013
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PRESENTATION: The relative movement between a metallic coil and a source of magnetic field produces an electric current due to the variation with the time of the magnetic flux through it.
- Umbrella Coil, Norihiro Sugimoto (Stray Cats), Phys. Teach. 46, 443 (2008)
- Improved flashbulb demonstration of Faraday’s law, Charles A. Sawicki, Phys. Teach. 36, 370 (1998)
INTRODUCTION: The electricity and the magnetism relate to each other through the induced electromotive force: to generate a tension out of a magnetic field variation. Lenz’s Law says: “The induced electrometric force provokes a current which creates a magnetic field which opposes the change in magnetic flux.”
OBJECTIVE: To measure with a galvanometer the intensity of the current generated by the variation of the magnetic field of the coil and check the different measurements by attending to the velocity of the magnet and the end of a magnet we introduce.
MATERIALS: magnet, coil, galvanometer.
SETUP: A coil is connected by means of cables to a voltmeter or galvanometer. Then, we only need to introduce in and extract the magnet from the coil and then the magnetic field varies and an induced electric field that can be detected by the galvanometer is generated.
EXPLANATION: The movement of the magnet with respect to the coil provokes a variation of the magnetic field that in its turn provokes a current flow in the coil. This voltage is known as the induced electromotive force. A constant magnetic field does not induce a voltage in the conductor. The electromotive force depends on the area of the conductor, on the magnetic field (velocity and magnet end) and on the angle which shapes the conductor with the field lines.
CONCEPTS: magnetic flux, induced magnetic force, electromotive force, magnetic conductors, magnetic field, field lines, bar magnet, galvanometer.
MORE INFORMATION:
- WIKIPEDIA 1
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- EXPLORATORIUM
- WAKE FOREST UNIVERSITY
- WASHINGTON STATE UNIVERSITY
- TEXAS UNIVERSITY
- PhET
TEXTS:
- R. Serway, Física, Mac Graw Hill, 2010.
- P. Tipler, Física para la Ciencia y la tecnología , Reverté, 2012.
- R. Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Simple Physics Demonstrations, Princeton University Press, 1997.
- J. Catalá, FÍSICA, Cometa S.A., 1988.
STUDENTS 2012-2013: Alberto Alfonso, Uxía Alonso, Enrique Alonso, Carla Carballal.
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STUDENTS 2011-2012: Christian Abal, Roberto Agromayor, Rosalia Alvarellos, David Camino
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STUDENTS 2010-2011: Pablo Álvarez, Pablo Álvarez, Alejandro Andreu
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8 responses to "Faraday-Henry"
Puede que este sea el experimento con el que más relación he tenido. Lo hicimos por primera vez en el laboratorio de física ya en la carrera. La verdad es que estos campos magnéticos están constantemente en nuestra vida cotidiana, por lo que este experimento hace muy visual algo de lo que no somos conscientes de forma general.
Un experimento histórico que ahora podemos replicar con material actualizado de bajo coste y disponible en cualquier laboratorio de prácticas. Muchos dispositivos de generación de energía eléctrica tienen su fundamento en esta combinación de bobina-imán-movimiento. No hay que olvidar que la magnitud que debe de variar con el tiempo es el campo magnético que atraviesa la sección de la bobina… sea cual sea la causa que provoque esa variación.
El campo magnético suele asociarse a ejemplos como el de la brújula o el imán y la bobina, pero este término va más allá de lo convencional. Por ejemplo, el tren de levitación magnética utilizado en Japón.
Creo que es una experiencia básica para todos los alumnos. Hoy en día se pueden conseguir esos materiales fácilmente y sirven para usar en futuros experimentos.
Esta experiencia, que la hagan ellos mismos, es ideal para que se den cuenta de que no solo por tener un imán dentro de una bobina va generarse un flujo de corriente, si no que necesita una variación del campo magnético.
Se les puede pedir que experimenten con distintas posiciones, velocidades, formas de introducir el imán para que vayan anotando cual es el voltaje que logran cada uno, aproximadamente. Al final podría compararse entre todos y a ver quien consiguió el mayor voltaje.
También se les podría pedir que realizaran ellos mismos la bobina que les sirviera para experimentar a lo largo del curso o para otros años. Creo que sería interesante también que las hicieran ellos y las tuvieran para poder ir experimentando tanto en el centro como en casa.
El funcionamiento del sistema de producción de electricidad en las centrales eléctricas se basa en fenómenos de inducción electromagnética. En ellas se realiza la misma transformación que hemos visto en los vídeos pero a gran escala: la energía mecánica que utilizamos para mover el imán de un lado a otro se transforma en energía eléctrica. También es posible realizar la transformación inversa, que es lo que ocurre en los motores eléctricos: una corriente eléctrica provoca un desplazamiento de una espira, generándose por tanto energía mecánica. El siguiente vídeo nos ilustra ambos fenómenos.
En relación con la Ley de Faraday, aporto un interesante artículo llamado “Faraday y la guitarra eléctrica” en el que se propone la construcción de una guitarra eléctrica en clase para ilustrar el fenómeno de la inducción electromagnética y algunos conceptos relativos a las ondas. Desde luego, considero que esta es una experiencia muy motivadora para el alumnado que hará que aumente su interés por el electromagnetismo.
Michael Faraday enunció la ley que lleva su nombre y que se puede expresar matemáticamente de la siguiente forma:
E = -N * (dΦ/dt)
Donde E es el voltaje inducido en la bobina, N es el número de espiras de la bobina, Φ es el flujo magnético que atraviesa la bobina y t es el tiempo.
Este experimento ilustra el funcionamiento de una generador eléctrico y, tras una breve explicación teórica y teniendo en cuenta la ecuación, estoy de acuerdo con comentarios previos en que los alumnos podrían hacer sus propias bobinas para realizar pruebas con más variables, además de la velocidad, posición y forma de introducir el imán.
Este es un experimento sencillo pero que explica perfectamente un concepto tan complejo como es la ley de Faraday. En el siguiente simulador se puede apreciar que a más espiras la fuerza electromotriz es mayor. Relacionado con esto, me pareció muy interesante el siguiente vídeo ya que con materiales comunes se puede explicar la jaula de Faraday.