Electromagnetismo |
Ley de Faraday Espiras en un campo magnético variable (I) Espiras en un campo magnético variable (II) Demostración de la ley de Faraday (I) Demostración de la ley de Faraday (II) Acelerador de partículas El betatrón Varilla que se mueve en un c. magnético (I) Caída de una varilla en un c. magnético Movimiento de una espira a través de un c. magnético Medida del campo magnético Generador de corriente alterna Galvanómetro balístico Corrientes de Foucault Imán en tubo metálico Inducción homopolar Un disco motor y generador Varilla que se mueve en un c. magnético (II) Varilla que se mueve en un c. magnético (III) Varilla que se mueve en un c. magnético (IV) Momento angular de los campos EM (I) Momento angular de los campos EM (II) |
Calculo de la fem | |||||||
La inducción homopolar es intrigante en el sentido de que el flujo que atraviesa el circuito no cambia con el tiempo y sin embargo, se produce una fem. El término inducción homopolar fue acuñado por Weber, quién pensó que solamente uno de los polos estaba involucrado en el fenómeno.
Cálculo de la femEl campo en el interior del imán se dirige desde el polo Sur hacia el polo Norte y no cambia al girar el imán. Las líneas de fuerza en el interior del imán tienen una forma complicada por lo que nos limitaremos al estudio de un modelo más simple.
La fuerza magnética impulsa a los portadores de carga positivos desde el eje hacia el borde del disco. El campo En=fm/q (fuerza por unidad de carga ) es En=v·B=B·w ·r. La fem, o diferencia de potencial entre el borde del disco y el eje es
La intensidad de la corriente inducida es el cociente entre la fem y la resistencia i=Vε/Re. Se denomina aquí Re a la resistencia para no confundirla con el radio del disco.
Momento de las fuerzas sobre el discoCalcularemos el momento que tendremos que ejercer para que el disco se mueva con velocidad angular constante.
La fuerza magnética sobre una porción de corriente rectilínea comprendida entre r y r+dr (el campo y la corriente son perpendiculares) es dF=iBdr El momento de todas estas fuerzas respecto del eje de rotación es Este momento se opone al movimiento del disco, por lo que tendremos que aplicar una fuerza cuyo momento Ma sea igual y opuesto al momento Mm que ejerce el campo magnético sobre la corriente inducida. Como podemos apreciar, el disco de Faraday tiene un comportamiento similar a la varilla que se mueve en un campo magnético uniforme. La diferencia está en el tipo de movimiento, rotación en el disco, traslación en la varilla, y las magnitudes que intervienen:
Balance energéticoLa energía por unidad de tiempo (potencia) mecánica aplicada es el producto del momento de la fuerza aplicada Ma por la velocidad angular constante w . Esta energía se disipa en la resistencia por efecto Joule
ActividadesSe introduce
Se pulsa el botón titulado Empieza. Se observa el movimiento de rotación del disco. Las corriente inducidas se visualizan mediante el movimiento de puntos de color rojo que representan a portadores de carga positivos. Se representan los siguientes vectores
En la parte superior derecha, aparece el valor numérico de la fem, calculada mediante la fórmula Se recomienda al lector dibujar sobre un papel el disco y el campo magnético con el siguiente convenio:
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Montgomery H. Unipolar induction: a neglected topic in the teaching of electromagnetism. Eur. J. Phys. 20 (1999) pp. 271-280