Ley de Lenz
14 mar, 2013
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PDFImán y anillo
PRESENTACIÓN: Un anillo ligero de aluminio se suspende de dos hilos para formar un péndulo bifilar. Al acercar un imán potente se inducen corrientes en el anillo que hacen que el anillo se vea repelido por el imán. Cuando el imán se retira el anillo tiende a acercarse. El mismo efecto de oposición al movimiento se observa cambiando la polaridad del imán. Si no existe el movimiento relativo el anillo mantiene su equilibrio.
- Another Way to Demonstrate Lenz’s Law, Chang Geng Zhang and Shi Feng Hu, Phys. Teach. 40, 249 (2002)
- A Lenz’s law experiment revisited, Charles A. Sawicki, Phys. Teach. 38, 439 (2000)
INTRODUCCIÓN: A principios del siglo XIX Michael Faraday, físico y químico británico, llevó a cabo una serie de observaciones y experimentos que ponían de manifiesto que en ciertas condiciones los campos magnéticos podían generar corrientes eléctricas en conductores. Fue entonces cuando descubrió, en 1831, la inducción electromagnética. Así, por ejemplo, conectando una espira conductora a un galvanómetro en presencia de un imán se observaba (en unas condiciones dadas), sin necesidad de un generador, que proporcionaba una fuerza electromotriz (f.e.m.).
Heinrich Friedrich Emil Lenz, alemán del Báltico, es conocido por formular la Ley de Lenz en 1833 que dice que “el sentido de las corrientes o fuerza electromotriz inducida es tal que se opone siempre a la causa que la produce, o sea, a la variación del flujo magnético”. Gracias a esta ley, se completó la Ley de Faraday por lo que es habitual llamarla también Ley de Faraday-Lenz para hacer honor a sus esfuerzos en el problema.
OBJETIVO: Estudiar el comportamiento producido por la interacción entre campo el magnético y el campo eléctrico.
MATERIALES: cables de cobre (bobina), barra horizontal, soporte rígido, barra de imán, pinzas de cocodrilo o un cable plano.
MONTAJE: Rodear una bobina con 5 vueltas de alambre o cable de cobre dejando 2 extremos sueltos de la bobina para suspenderlos de una barra horizontal, la cual debe ir sujeta a un soporte rígido y conectarlos entre sí con unas pinzas de cocodrilo o un cable plano. La otra parte fundamental es el imán, el cual es preferible que sea de barra.
EXPLICACIÓN: De acuerdo con la ley de Faraday la f.e.m. inducida en una espira cerrada es igual a menos la variación con el tiempo del flujo magnético a través de dicha espira
εind = −d [ΦB (t) / dt]
donde el signo negativo es una consecuencia del Principio de Conservación de la Energía y viene reflejada en la Ley de Lenz. En este proyecto se verifica la consecuencia de la ley de Lenz, es decir, que la f.e.m. inducida siempre se opone al cambio en el flujo magnético por lo que la bobina se comporta como un electroimán que atrae o repele el imán de barra (produciéndose un balanceo en la espira) con el fin de oponerse siempre a su movimiento.
CONCEPTOS: Ley de Lenz, fuerza electromotriz, inducción electromagnética, campo magnético, Ley de Faraday-Lenz, electromagnetismo.
MÁS INFORMACIÓN:
- MATERIALES MAGNÉTICOS
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- FISICANET
- TODO SOBRE ELECTRÓNICA
- CURSO INTERACTIVO
- PHYSLET
TEXTOS:
- 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.
ALUMNADO 2011-2012: Cristian Rueda, Álvaro Santiago, Carlos Saso
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ALUMNADO 2010-2011: Rosalía Carrillo, Xeila Casais
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3 responses to "Ley de Lenz"
Me ha parecido muy interesante el último vídeo, ya que los alumnos pueden pensar que el cilindro se ve atraído por tener algún metal ferromagnético. Pero se comprueba que si impedimos que se complete el circuito no se produce el fenómeno de la atracción y repulsión. Yo haría esta demostración en clase.
He encontrado muy interesante también comprobar las diferencias entre el uso de bobinas de distintos números de vueltas y los distintas velocidades de introducir el imán en la bobina, que considero también importante para que los alumnos comprueben por ellos mismos que la intensidad de la corriente eléctrica es tanto mayor cuanto más intenso sea el campo magnético y cuanto más rápido se muevan el imán o la bobina.
+info
El movimiento de un campo magnético en el que se encuentra un conducto (en este caso la bobina) produce electricidad en ese conductor, según la Ley de Faraday. A mayores, la ley de Lenz que dice que un cambio de flujo magnético a través de un conductor siempre establecerá una corriente por el conductor que contrarreste el cambio de flujo, por lo que la bobina se mueve para intentar contrarrestar ese cambio (o movimiento) del campo magnético. Esto está bastante relacionado con el funcionamiento de un freno electromagnético, como se describe en el siguiente blog.
La ley de Faraday-Lenz establece que si un circuito está expuesto a un campo magnético cambiante, se generará una corriente eléctrica en el circuito que tratará de oponerse al cambio del campo magnético. Con la práctica del segundo vídeo, se puede ver claramente este efecto. Variando la velocidad y la dirección del movimiento del imán (incidencia del campo magnético), se modifica la reacción y como consecuencia el movimiento del cubo. En una clase, los alumnos podrían comprobar sus hipótesis sobre la reacción esperada.