Un imán se mueve con una velocidad v en el eje Y hacia una espira conductora en el plano XZ, como se observa en la figura. Los polos del imán son los que se indican en la figura.Imán con el polo S a la izquierda y el N a la derecha, moviéndose según +Y hacia una espira situada en el plano XZa) (1,25 puntos) Dibuje 8 líneas de campo magnético del imán de manera que algunas líneas atraviesen la espira. Indique claramente el sentido de las líneas de campo. ¿Se induce una corriente en la espira a causa del movimiento del imán? En caso afirmativo, indique el sentido de la corriente inducida. Justifique la respuesta. b) (1,25 puntos) Si ahora movemos el imán en sentido opuesto, de manera que se aleja de la espira, ¿se producirá alguna fuerza entre el imán y la espira? En caso afirmativo, ¿qué sentido tendrá esta fuerza? Justifique la respuesta.
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Resultado
a) Sıˊ se induce corriente (aumenta el flujo); el campo inducido se opone al del imaˊnb) Sıˊ hay fuerza, y es atractiva
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Solución oficial
Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.
a)Líneas de campo del imán que salen del polo norte, atraviesan la espira y vuelven al polo sur0,25 p. Hay que dibujar líneas de campo que salen del polo norte y van hacia el polo sur. 0,5 p. Según la ley de Faraday, se inducirá una fuerza electromotriz y, por tanto, una corriente eléctrica si el flujo de campo magnético varía. Dado que el imán se acerca a la bobina, la intensidad del campo magnético dentro de la bobina aumenta y, por tanto, también aumentará el flujo de campo magnético a través de la bobina. Por tanto, se inducirá una corriente. Para que la respuesta sea totalmente correcta, hay que mencionar la ley de Faraday y hay que indicar que el flujo de campo magnético varía; no basta con decir que la intensidad del campo magnético varía. 0,5 p. Según la ley de Lenz, el sentido de la corriente inducida será tal que el campo magnético inducido se opondrá a la variación del flujo magnético que lo genera. En este punto, son posibles dos razonamientos:
Como la intensidad del campo magnético dentro de la espira aumenta, el campo magnético inducido tendrá un sentido opuesto al campo magnético generado por el imán; por tanto, según la regla de la mano derecha, la corriente circulará en el sentido indicado en la figura.
La corriente inducida generará un campo magnético que creará una fuerza repulsiva sobre el imán, a fin de detener su movimiento. Como el polo norte avanza hacia la espira, las líneas del campo magnético inducido apuntarán hacia el polo norte del imán, como se indica en la figura.
Imán acercándose: el campo inducido en la espira apunta hacia el imán (sentido −y) y la regla de la mano derecha da el sentido de la corriente inducidab) 0,25 p. En este caso, la intensidad del campo magnético dentro de la espira disminuye y, por tanto, el flujo de campo magnético decrece. Como resultado, según la ley de Faraday, se generarán una fuerza electromotriz y una corriente eléctrica inducidas que, según la ley de Lenz, se opondrán al cambio. 1 p. Dado que ahora el flujo decrece, el sentido de la corriente y del campo magnético inducidos será el opuesto al del apartado a), o también podemos decir paralelo al campo magnético creado por el imán, como se indica en la figura.Imán alejándose: el campo inducido en la espira apunta en sentido +y, como el del imán, y la corriente circula en sentido contrario al del apartado aDado el sentido del campo magnético inducido, la fuerza sobre el imán será atractiva. Alternativamente, también se puede razonar directamente a partir de la ley de Lenz: el efecto del campo magnético inducido es detener el movimiento del imán, y como ahora el imán se aleja, la fuerza deberá ser atractiva.
