Una bobina rectangular de 100 espiras, de dimensiones 10cm×15cm, gira a 2000rpm alrededor de un eje contenido en el plano de la bobina y perpendicular a un campo magnético uniforme de 0,8T. Determine la expresión del flujo en función del tiempo y la fem máxima que es capaz de suministrar la bobina.Bobina rectangular de varias espiras, en posición vertical, que gira con velocidad angular ω alrededor de un eje vertical discontinuo contenido en su plano. Una flecha horizontal B, perpendicular al plano de la bobina en el instante dibujado, representa el campo magnético.
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Estrategia
Al girar la bobina, el ángulo entre el campo y el vector superficie cambia con el tiempo, θ=ωt, y el flujo varía como un coseno: Φ=NBScos(ωt). Por la ley de Faraday, la fem es menos la derivada del flujo, una función seno cuya amplitud es la fem máxima, εmax=NBSω.
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Desarrollo
Datos en el SI:S=0,10⋅0,15=1,5⋅10−2m2ω=2000minrev⋅1rev2πrad⋅60s1min=3200π=209rad/sFlujo. Tomamos t=0 en el instante de la figura, con el campo perpendicular al plano de la bobina (vector superficie paralelo a B, flujo máximo). El ángulo entre B y S es θ=ωt, y el flujo a través de las N espiras es:Φ(t)=NBScos(ωt)=100⋅0,8⋅1,5⋅10−2cos(3200πt)Φ(t)=1,2cos(209t)Wb(t en s)(cada espira lleva un flujo máximo de 0,012Wb; si se tomara t=0 con el plano de la bobina paralelo al campo, saldría un seno en vez de un coseno). Fem inducida. Por la ley de Faraday:ε(t)=−dtdΦ=NBSωsen(ωt)y su valor máximo es la amplitud:εmax=NBSω=1,2⋅3200π=251VSe alcanza cuando el plano de la bobina es paralelo al campo, que es cuando el flujo pasa por cero y cambia más deprisa.
Pasa siempre las rpm a rad/s: multiplica por 2π y divide entre 60. Usar 2000 o la frecuencia en Hz en lugar de ω es el fallo más común. No olvides el factor N: el flujo que cuenta en la ley de Faraday es el de todas las espiras.
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