Induction
15 Mar, 2013
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PDFBetween coils
PRESENTATION: Two coils are placed quite close to each other in such a way that the changing magnetic flux of one of them goes through the other inducing a current in the other. It is observed that the induced current of the second coil exists only while the current changes in the first and also that it tends to keep the initial magnetic field.
- Using a roll of household wire for magnetic induction demonstrations, Blane Baker, Phys. Teach. 49, 392 (2011)
- Hands-on Experiments on Faraday’s Law, Eduardo E. Rodríguez, Phys. Teach. 43, 228 (2005)
INTRODUCTION: Toward 1820 Hans Christian Ørsted performed an experiment with which he could empirically demonstrate the relation between electricity and magnetism, although he couldn’t find a satisfactory explanation for the phenomenon. He connected a cable to a battery placed on a compass oriented perpendicularly to this. When the current went through the thread, the compass needle changed its orientation aligning itself with the cable. Later on, André-Marie Ampère completed his work, concluding that the orientation of the needle depended of the sense of the circulation of the electric current flow through the cable. He connected a cable to a battery placed on a compass oriented perpendicularly to this. When the current went through the thread, the compass needle changed its orientation aligning itself with the cable. Later on, André-Marie Ampère completed his work, concluding that the orientation of the needle depended of the sense of the circulation of the electric current flow through the cable. On the other hand, the British Michael Faraday succeeded in demonstrating the opposite phenomenon as well. For that, he coiled a conductor cable (forming a solenoid) and connected it to an ampere-meter, with this he registered that the current flew when the magnet moved inside the solenoid. Later, he checked that the sense of the induced current opposed the magnetic flux.
OBJECTIVE: To show that a light bulb can be turned on without being connected to the electric current.
MATERIALS: two coils with electric cables of different lengths, a small low power light bulb, a low voltage power supply or battery, connecting pliers, insulating tape, iron bars (optional).
SETUP: If the coil with the longer cable is not wound in a steel coil, it is advisable to inset one steel bar or more in it center to increase its induction power. Then the cables of that coil are connected to a battery wrapping them up with insulating tape. The light bulb is connected to the two ends of the other coil, which does not receive electric current directly, by means of connecting pliers or soldering.
EXPLANATION: When the coil with the longer cable is connected, the electric current that flows through it will produce a magnetic field which induces an electric current in the other coal when both approach, which enable the light bulb to be switched on. If the first coil is disconnected from the battery, the light bulb will go off as a consequence of the disappearance of the inductor magnetic field.
CONCEPTS: magnetic field, electromagnetic induction, Faraday-Lenz law, Ampère-Maxwell law.
MORE INFORMATION:
- WIKIPEDIA 1
- WIKIPEDIA 2
- WIKIPEDIA 3
- JAMES CLERK MAXWELL
- NIKOLA TESLA
- YOUTUBE 1
- YOUTUBE 2
- YOUTUBE 3
- NASA
- EASY PHYSICS
- ETITUDELA
- PHYSLET
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.
STUDENTS 2011-2012: Ana Rodríguez, Pablo Romero
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
STUDENTS 2010-2011: Marcos Basdediós, Alfredo Iglesias, Antonio Larramendi
LINK pdf STUDENTS (in Spanish):
9 responses to "Induction"
Se puede observar la Ley de Faraday y comprobar que las tensiones inducidas serán en sentido opuesto a la variación del flujo magnético que las produjo, consecuencia del principio de conservación de la energía.
Este experimento lo veo perfecto para que realicen los alumnos. Incluso hacer la construcción un día en clase de tecnología (así también implicamos a otros profesores y otras materias).
Yo soy partidaria de usar una pila y no la corriente y un transformador por evitar accidentes, ya que considero que pueden hacer ellos todos los pasos. Por ejemplo, el montaje que se propone en este vídeo.
Está muy bien pensado también porque no se necesitan mucho dinero para su construcción. Muy interesante que varíen los alumnos las posiciones de las espirales para llegar al punto en el que no se encienden las bombillas. A parte la observación de que se puede generar una corriente eléctrica sin estar en contacto con la fuente de alimentación, es ideal para explicar como funcionan los cargadores inalámbricos de los smarthphone (por ejemplo), dispositivo de uso casi general en España. Esto también les aproxima a la realidad de la tecnología, no ver la física de la escuela como algo que hay que aprender sin más sin aplicaciones en la vida real.
Podrías animarte a crear tu cargador inalámbrico (aunque aparatoso) como en este vídeo.
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Ya que esta ley lleva su nombre, un libro que recoge un ciclo de conferencias que Faraday impartió: LA HISTORIA QUIMICA DE UNA VELA
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Este é o principio polo que funcionan as nosas cotiás cociñas de indución, elemento ben presente na vida do alumnado. Pódeselles introducir este tema facendo que procuren na rede cal é o fundamento no que se basean, que non é outro o emprego dun campo electromagnético para xerar calor en vez de resistencias eléctricas.
As experiencias presentadas neste artigo poderían servirnos para introducir como funcionan os xeradores das centrais de enerxía eléctrica. Un xerador eléctrico é un dispositivo capaz de converter a enerxía mecánica en enerxía eléctrica. O seu principio de funcionamento está baseado no fenómeno de indución electromagnética do que se fala neste post. Nas centrais térmicas galegas a enerxía liberada pola combustión de carbono (Meirama), carbón e gas natural (As Pontes) ou fuel (Sabón) é usada para producir vapor de auga. Este vapor de auga é o responsable de mover unhas turbinas que farán xirar unha espira no interior dun campo magnético, provocando a corrente inducida.
Personalmente considero que la realización de experimentos relacionados con la electricidad facilita la comprensión de los conceptos en los que se apoyan.
En este enlace se realiza un experimento que consiste en introducir un imán en la bobina y ver cómo afecta la velocidad con la que se introduce el imán con la intensidad de la corriente que se genera en el led. Es una forma sencilla de ver que cuanto más rápido varia el campo mágnetico más intensidad de corriente se genera.
Para mostrar al alumnado el fenómeno de la inducción también se puede utilizar este simulador Phet de la Universidad de Colorado. Tiene varias demostraciones interactivas, que permiten por ejemplo comprobar el voltaje que se genera al mover un imán a través de una bobina (de la que se pueden modificar número y tamaño de las espiras), observar el campo magnético que produce un electroimán de corriente alterna, experimentar con el funcionamiento de un generador, etc. Además, comparto este llamativo artículo, “La vida cotidiana y el aprendizaje”, que puede fomentar la curiosidad del alumnado al relacionar la ciencia con aspectos de la vida diaria. En concreto, os invito a leer el apartado “¿Cómo me puede ayudar la inducción electromagnética a ligar?”.
Me parece una experiencia muy llamativa para mostrar en una clase sorprendiendo al alumnado y captando su atención durante toda la explicación, ya que querrán saber la solución a ese “truco de magia”.