Dejamos caer un imán con el polo N hacia abajo a través de una bobina, y medimos la siguiente curva de voltaje en la bobina en función del tiempo.Imán con el polo N hacia abajo cayendo a través de una bobina; gráfica del voltaje (mV) frente al tiempo con un pico positivo de unos 35 mV seguido de uno negativo de unos -30 mVa) Explica por qué aparece voltaje en la bobina.
b) ¿Por qué hay un pico positivo seguido por uno negativo?
c) ¿Cómo cambiaría la curva si hubiésemos dejado caer el imán con el polo S hacia abajo?
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Resultado
Entra: Φ↑⇒ε>0;sale: Φ↓⇒ε<0;con S abajo, la curva se invierte
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Estrategia
La ley de Faraday relaciona la f.e.m. con la variación del flujo, ε=−NdΦ/dt, y la de Lenz da su signo. Hay que seguir cómo cambia el flujo mientras el imán se acerca, atraviesa y se aleja de la bobina.
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Desarrollo
a) Al caer el imán, el campo magnético que atraviesa la bobina cambia, y con él el flujo. Según la ley de Faraday, una variación de flujo induce una f.e.m. en la bobina: es el voltaje que se mide. Mientras el imán está lejos, el flujo apenas cambia y el voltaje es nulo.
b)
Cuando el imán se acerca y entra en la bobina, el flujo (hacia abajo, saliendo del polo N) aumenta: aparece una f.e.m. de un signo (el pico positivo).
Cuando el imán sale por debajo y se aleja, el flujo disminuye: la f.e.m. cambia de signo (pico negativo), porque la corriente inducida se opone ahora a una disminución en lugar de a un aumento (ley de Lenz).
Entre ambos, con el imán en el centro, el flujo pasa por su máximo y su derivada es nula: el voltaje cruza por cero.
El segundo pico es más estrecho porque el imán va cayendo cada vez más rápido: atraviesa antes la segunda mitad de la bobina.
c) Con el polo S hacia abajo el campo del imán tiene el sentido contrario: todas las variaciones de flujo cambian de signo. La curva se invierte: primero un pico negativo y después uno positivo, con la misma forma.
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Consejo
El voltaje no sigue al valor del flujo, sino a su ritmo de cambio: por eso es nulo justo cuando el imán está en el centro, donde el flujo es máximo.
Paso 1 de 3
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