FísicaFácil1 pts

Inducción electromagnética

Castilla y León · 2020 · Julio
Enunciado
El flujo que atraviesa una espira viene dado por ϕ=(t2−5t)⋅10−1\phi = (t^2 - 5t)\cdot 10^{-1}, en unidades del S.I. Calcule el valor de la fuerza electromotriz inducida en el instante t=2,5 st = 2{,}5\ \text{s} y represente gráficamente la dependencia de la fem con el tiempo entre los instantes t=0 st = 0\ \text{s} y t=10 st = 10\ \text{s}.
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Resultado
  ε(t)=0,5−0,2 t  (V)ε(2,5 s)=0 V  \boxed{\;\varepsilon(t) = 0{,}5 - 0{,}2\,t\ \ (\text{V})\qquad \varepsilon(2{,}5\ \text{s}) = 0\ \text{V}\;}Gráfica: recta decreciente de 0,5 V0{,}5\ \text{V} (t=0t = 0) a −1,5 V-1{,}5\ \text{V} (t=10 st = 10\ \text{s}), que se anula en t=2,5 st = 2{,}5\ \text{s}.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia

Por la ley de Faraday-Lenz, la fem inducida es menos la derivada del flujo respecto del tiempo. Se deriva la expresión del flujo, se evalúa en t=2,5 st = 2{,}5\ \text{s} y, como la fem resulta lineal en tt, su gráfica es una recta que basta con fijar por dos puntos.
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Desarrollo

Ley de Faraday-Lenz:ε=−dϕdt=−ddt[(t2−5t)⋅10−1]=−(2t−5)⋅10−1=0,5−0,2 t(V)\varepsilon = -\frac{d\phi}{dt} = -\frac{d}{dt}\left[(t^2 - 5t)\cdot 10^{-1}\right] = -(2t - 5)\cdot 10^{-1} = 0{,}5 - 0{,}2\,t\quad(\text{V})En t=2,5 st = 2{,}5\ \text{s}:ε(2,5)=0,5−0,2⋅2,5=0 V\varepsilon(2{,}5) = 0{,}5 - 0{,}2\cdot 2{,}5 = 0\ \text{V}Es nula porque en ese instante el flujo pasa por un extremo (un mínimo, ϕ=−0,625 Wb\phi = -0{,}625\ \text{Wb}): deja de disminuir y empieza a aumentar, y su variación instantánea es cero.

Gráfica. ε(t)=0,5−0,2 t\varepsilon(t) = 0{,}5 - 0{,}2\,t es una recta de pendiente −0,2 V s−1-0{,}2\ \text{V}\,\text{s}^{-1} y ordenada en el origen 0,5 V0{,}5\ \text{V}. Algunos valores:
tt (s)02,557,510
ε\varepsilon (V)0,50−0,5−1,0−1,5
Se dibuja con tt en abscisas (de 0 a 10 s) y ε\varepsilon en ordenadas: un segmento recto que empieza en (0; 0,5 V)(0;\ 0{,}5\ \text{V}), corta el eje de tiempos en t=2,5 st = 2{,}5\ \text{s} y termina en (10 s; −1,5 V)(10\ \text{s};\ -1{,}5\ \text{V}).

El cambio de signo en t=2,5 st = 2{,}5\ \text{s} significa que la corriente inducida invierte su sentido: antes se opone a la disminución del flujo y después a su aumento (ley de Lenz).
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Consejo

No olvides el signo menos de la ley de Faraday: aquí decide en qué tramo la fem es positiva y en cuál negativa.

En la gráfica, rotula los ejes con magnitud y unidad y marca los puntos clave (los extremos y el corte con el eje): es lo que mira el corrector.
Paso 1 de 3
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