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Ley de Lenz wikipedia, lookup

Transcript
Laboratorio de Técnicas Experimentales II - 2º Física
Laboratorio L3 - Adquisición de datos experimentales por ordenador
Práctica L3-6: Ley de inducción de Faraday
Objetivo
Caracterización detallada de la evolución temporal de un sistema experimental mediante la adquisición de
los datos experimentales por ordenador. Estudio de la ley de inducción de Faraday.
Material
Equipo experimental formado por: sensor de rotación PASCO, interfaz de toma de datos PASCO,
ordenador con software de toma de datos PASCO, juego de imanes permanentes PASCO, varilla con
bobinado para inducción PASCO, resistencias de distintos valores, diodo luminoso LED, sensor de voltaje
PASCO, cables, sensor de campo magnético PASCO, multímetro digital, etc.
Introducción
La ley de inducción de Faraday establece que la fuerza electromotriz  inducida en un circuito es igual al
valor negativo de la rapidez con la cual está cambiando el flujo magnético,  , que atraviesa el circuito:
 
d
dt
Si la ecuación anterior se aplica a una bobina de N vueltas y radio r, en cada vuelta aparece una fuerza
electromotriz inducida, de forma que la fuerza electromotriz inducida total es
  N
d
d (B r 2 )
dB
 N
  N r 2
dt
dt
dt
En este experimento el flujo magnético variable en
el tiempo es consecuencia del paso del bobinado
situado en el extremo de un péndulo rígido que
oscila pasando entre dos imanes permanentes
(Figura 1).
El estudio detallado de la evolución temporal del
sistema experimental (movimiento del péndulo
rígido, y voltaje inducido en el bobinado al pasar
entre los imanes) nos permite examinar con detalle
los efectos descritos por de la ley de Faraday y la
ley de Lenz (las corrientes inducidas son tales que
se oponen a la variación de flujo que las produce).
También se estudiará la evolución energética del
sistema, relacionando la pérdida de energía del
péndulo con la energía disipada en la resistencia
situada en el circuito eléctrico.
Figura 1: Esquema del montaje experimental.
Experimento
Un péndulo rígido, con un bobinado en su extremo, oscila pasando entre unos imanes permanentes. Una
carga resistiva se conecta al bobinado, y el voltaje inducido se registra usando un sensor de voltaje
PASCO. Usando el sensor de rotación, y el sistema de medida PASCO, se registrará simultáneamente la
oscilación del péndulo.
En la primera parte del experimento se hará oscilar el péndulo sin conectar la resistencia de carga y se
registrará de forma simultánea la dinámica de oscilación del péndulo y el voltaje inducido en la bobina para
diferentes amplitudes de oscilación.
En la segunda parte del experimento se conectarán las diferentes resistencias de carga. Para cada una de
las resistencias se registrarán las medidas de la dinámica de oscilación del péndulo y el voltaje inducido
para una amplitud de oscilación inicial dada, de forma que los resultados sean comparables entre sí.
Por cada uno de los casos se registrará y se representarán de forma simultánea el ángulo, velocidad y
aceleración angular del péndulo a la vez que el voltaje inducido en la bobina.
Finalmente se medirá la intensidad del campo magnético producido por los imanes mediante un sensor de
campo magnético.
Análisis
Examinar y analizar usando la ley de Lenz la dirección del voltaje inducido según el bobinado entra y sale
de la región en la que se concentra el campo magnético.
Representar el voltaje inducido en función del tiempo y del ángulo. A partir de estos datos, obtener la
potencia disipada en la resistencia en función del tiempo, y la energía que se convierte en energía térmica
(área bajo la curva de potencia frente al tiempo). Comparar esta energía con la pérdida de energía del
péndulo (usando la evolución del ángulo y velocidad del péndulo en función del tiempo).
Usar la ley de Faraday para estimar el campo magnético entre los imanes a partir del máximo voltaje
inducido. Comparar este valor con el medido directamente usando la sonda de campo magnético.
A partir del estudio con varias amplitudes iniciales de las oscilaciones del péndulo ¿Se obtiene el mismo
resultado para los distintos ángulos iniciales? Representar las gráficas correspondientes.
Realizar el estudio para una misma amplitud inicial de las oscilaciones del péndulo, y varios valores de la
resistencia de carga ¿Se obtiene el mismo resultado en los distintos casos? ¿Cómo afecta el valor de la
resistencia de carga al decaimiento de las oscilaciones? Representar las gráficas correspondientes.
¿Presenta algún cambio la señal del voltaje inducido en las últimas oscilaciones antes de pararse el
péndulo? ¿Por qué?
¿Qué ocurre si no se conecta la resistencia de carga? ¿Por qué?
¿Puede usarse este sistema para crear un dispositivo generador de energía? Discutir las posibles
opciones.
Alumno:
Grupo:
Tutor:
Fecha:
Informe previo: Práctica L3-6
Ley de inducción de Faraday
Obtener una expresión para el voltaje inducido en un bobinado de 200 espiras y 1cm de diámetro al
atravesar, desplazándose a una velocidad de 10 cm/s, una zona de 1 cm de ancho en la que hay un
campo magnético de 1000 gauss. Representar el voltaje inducido en función del tiempo.
Alumno:
Grupo:
Tutor:
Fecha:
Informe de Laboratorio: Práctica L3-6
Ley de inducción de Faraday
Representar las distintas magnitudes medidas durante un periodo de la oscilación del péndulo
V vs t; ángulo vs t; velocidad vs t; Potencia disipada en R ; Energía disipada en R vs t; Energía total del
péndulo vs t;