Electromagnetismo




Electromagnetismo



Mérida, agosto  2017




 

 NOTA
Esta página está en constante construcción. 
Cada día se incluye una parte del libro con videos que los autores han colocado en youtube.com

Última actualización:

marzo, 2017


Contenido 


        Prólogo

 1. Introducción
 2. Bosquejo histórico
 3. El imán permanente
 4.  El alambre rectilíneo
 5. La espira circular
 6. La bobina rectangular y el toroide
 7. Fuerza magnética sobre un alambre con corriente
 8. Atracción y repulsión entre alambres con corrientes
 9. Momento de torsión sobre una espira con corriente
10. El motor eléctrico
11. La inducción electromagnética

Referencias


  


Prólogo

Por ser la física una ciencia natural que describe un conjunto de fenómenos que se dan en la naturaleza, requiere para su enseñanza de la presentación en “vivo” de experimentos didácticos representativos de tales hechos naturales. A pesar de esto, todavía  se  insiste en impartir los cursos de física de la Tercera Etapa y el Ciclo Diversificado de educación media, como si fuera una materia completamente teórica, donde sólo se utiliza como instrumento principal, la tiza, el pizarrón y el libro de texto.

Consideramos que por lo general, la mayoría de los cursos impartidos, a nivel medio e incluso universitario, se caracterizan por presentar cuatro aspectos principalmente:

a) Se omite la discusión de la evolución conceptual de los diferentes procesos físicos.
           b) No se discuten los diversos procesos físicos dentro del contexto histórico de la época desde el punto de vista social y económico. 
c) La presentación y análisis de los  fenómenos demostrativos directamente en el aula de clase, generalmente no se llevan a cabo.
d) No se discuten las implicaciones de la fundamentación de las diversas teorías  en el desarrollo tecnológico mundial.

Estos aspectos, íntimamente relacionados entre sí, deberían considerarse para llevar a cabo cualquier estrategia instruccional que el docente adopte para el desarrollo de los  conceptos y el estudio de las leyes de las diferentes ramas de la física.

Por consiguiente, el objetivo fundamental de este manual es que sea usado por los profesores para la implementación de sus experimentos en el aula de clase. En tal sentido, se muestra a los docentes que laboran en nuestros institutos educativos una estrategia alternativa para la enseñanza de la física, fundamentada en el experimento como recurso didáctico por excelencia y complementada con la animación y/o la simulación simultánea del fenómeno experimental. Paralelamente se presenta un bosquejo histórico de la evolución conceptual de aspectos inherentes a diferentes áreas de la física.

También se pretende que el docente adquiera y desarrolle habilidades en el diseño y elaboración de equipos sencillos para la enseñanza de las diferentes ramas de la física. En algunas experiencias se desarrolla una metodología para la interpretación de las observaciones y de los datos obtenidos en las mediciones. Por lo tanto, se elaboran y analizan las gráficas pertinentes, a fin de establecer relaciones cuantitativas entre las diferentes magnitudes involucradas y reproducir cuantitativamente las leyes que rigen los fenómenos estudiados.

La mayoría de los experimentos se realizan con equipos  sencillos de fácil construcción, que los docentes pueden directamente fabricar o proponer a sus estudiantes como trabajos prácticos extra cátedra, para su posterior análisis en el aula de clase. Con algunos de los recursos modernos existentes en el mercado y que existen en ciertos hogares, se pueden establecer estrategias para la enseñanza de la física. Por ejemplo, en el hogar o en la ferretería más cercana, disponemos de diversos elementos que nos permiten el montaje de un sin número de experimentos de mecánica, electricidad, magnetismo, fluido, termodinámica, etc.
           
Esta obra se ha dividido en varios cuadernos individuales con su correspondiente CD contentivo de las animaciones en Power Point, versión XP 2000. Uno es de mecánica; los otros son de fluidos,  termodinámica, electrostática, electricidad, magnetismo, ondas y óptica.

En particular, en este cuaderno se presentan algunos experimentos clásicos del electromagnetismo.

En el texto se utiliza las siglas PE1, PE2,… para indicar la correspondiente animación en Power Point que se puede activar en la computadora.


1 Introducción

El electromagnetismo comprende todo el conjunto de procesos físicos donde se manifiestan los fenómenos relacionados con las cargas eléctricas en movimiento y donde se encuentran involucrados simultáneamente efectos eléctricos y magnéticos. Sin embargo, antes de 1820, la electricidad y el magnetismo eran dos áreas de la física completamente independientes. En esa época, existía toda una serie de indicios en los hechos ocurridos durante la caída de rayos en diversos lugares del planeta, que reforzaron la idea de que la electricidad asociada con éstos podría producir efectos magnéticos, y que verdaderamente contribuyeron a descifrar la naturaleza del magnetismo. En Tres Milenios del Imán de Kartsev se hace un excelente recuento de las anécdotas asociadas con esta inquietud (Apéndice A).

          Fue en 1807 cuando Hans Christian Oersted, anunció su disposición para investigar los efectos de una corriente eléctrica sobre un cuerpo magnetizado, lo cual se concretó en 1820 cuando descubrió el movimiento de una brújula al hacer pasar una corriente eléctrica por un alambre durante la realización de una clase experimental en la Universidad de Copenhague. En base a esto, Oersted también dedujo que la corriente eléctrica debería producir efectos magnéticos sobre un trozo de hierro tal como sucede con un imán, y es así como, con limaduras de hierro logra determinar la configuración del campo magnético producido por la corriente eléctrica, alrededor del alambre que la conduce.

          Es a partir de este descubrimiento que, se logra establecer una interdependencia de estas dos áreas del conocimiento científico y es cuando comienza a desarrollarse en forma progresiva y rápida todo una serie de avances importantes en este campo.

      En este cuaderno se describen algunos de los descubrimientos e inventos más importantes que se dieron antes y posteriormente, y se muestra cómo construir el equipo necesario para reproducirlos en el aula de clase.

2 Bosquejo histórico

Los primeros reportes sobre la atracción de la piedra imán (magnetita) y el ámbar (resina fósil) se remontan a los antiguos textos griegos con Tales de Mileto, quién en el año 600 a.C reportó la propiedad que tiene la piedra imán (magnetita, Fe3O4) de atraer pedazos de hierro. Igualmente, en antiquísimas enciclopedias chinas se menciona  que entre los años 300 y 400 a.C., los barcos utilizaban la aguja magnética, lo cual indica que tenían conocimiento de dicha propiedad. El nombre asociado a esta piedra mineral deriva de la ciudad griega de Magnesia, lugar donde se descubrió.

          Sin embargo, se considera que el fundador de la ciencia del magnetismo fue William Gilbert, quién después de 17 años de experimentar con imanes, reportó sus descubrimientos en De Magnete, publicado en 1600. Fue el primero en  elaborar un modelo magnético de la Tierra en el año 1600, así como en introducir la palabra "eléctrico" en la ciencia.

       En el año de 1820 el físico Hans Christian Oersted descubre la interrelación existente entre la electricidad y el magnetismo, cuando al hacer  pasar una corriente eléctrica por un cable conductor, observa la desviación de una brújula cercana.

          Pocos días después (el 30 de octubre de 1820), Jean Batiste Biot y Félix Savart, expresan cuantitativamente cómo depende el campo magnético generado por una corriente elemental de la distancia. Posteriormente, André Marie Ampère (figura 1), una semana después del descubrimiento de Oersted, descubrió que dos alambres paralelos con corrientes se atraen o repelen entre sí. En 1825 publica sus descubrimientos y estudios teóricos del electromagnetismo en una de las memorias más celebres del conocimiento científico.



Fig. 1  André Marie Ampère


          El químico y físico inglés Michael Faraday (1791-1867) desarrolló a finales de 1921, un ingenioso instrumento para demostrar que la energía eléctrica, mediante el electromagnetismo, se puede convertir en energía mecánica (figura 2). Hoy en día, una versión equivalente de este instrumento se conoce como motor eléctrico. En 1831 descubre la inducción electromagnética, efecto mediante el cual se puede generar electricidad  por el cambio temporal del flujo magnético, e inventa así, el generador eléctrico. Demuestra la relación entre la electricidad  y los enlaces químicos. También, sentó las bases experimentales para el desarrollo posterior de la teoría clásica del electromagnetismo por Maxwell.



Fig. 2  Modelo del primer motor  eléctrico de Faraday.

          En 1870 el matemático inglés James Clerk Maxwell (1831-1879) (figura 3) formuló las cuatros ecuaciones que sirven de base a  la Teoría Electromagnética. En su “Tratado de Electricidad y Magnetismo” en 1873 hace una brillante exposición de su teoría electromagnética. Establece que la luz es una onda y que está constituida por un campo electromagnético y calcula su velocidad. Sugiere que las ondas electromagnéticas se pueden producir en el laboratorio.


Fig. 3   J. C. Maxwell.


          En 1907 el físico francés Pierre Weiss postuló la existencia de las “regiones magnéticas”  de diámetros que varían entre 0.001 y 0.1 cm dentro de los materiales ferromagnéticos como el hierro, níquel y el cobalto, las cuales intervienen en su magnetización.



3 El imán permanente

Desde que la piedra imán fue descubierta en la antigüedad, hasta el imán permanente de la aleación FeNiCo de hoy en día, la humanidad ha mostrado interés por el magnetismo. Pero estos no son los únicos que existen; a gran escala,  la Tierra,  el Sol y las demás estrellas, las nebulosas y las galaxias, son imanes también. Igualmente, nuestro cuerpo, por efecto de las corrientes eléctricas que lo surcan, presenta propiedades magnéticas. A nivel microscópico, muchos átomos presentan propiedades de los imanes. He aquí su importancia. Por tal motivo, en esta sección estudiaremos las propiedades generales del imán permanente.
 
3.1 Lista de materiales

Los materiales que se necesitan para la realización de estos experimentos son: 1) Una lámina transparente de plexiglás, acetato, o cualquier material similar. 2) Limaduras de hierro (desecho de herrería) en un pequeño recipiente con tapa agujerada del tipo salero de mesa. 3) Imanes rectilíneos o circulares de corneta del mismo tamaño. 4) Varias brújulas montadas en una base transparente. 5) Un proyector de transparencias. 6) Varias agujas de coser. 7) Un tubo de diámetro menor al diámetro interno de los imanes. 8) Tres pitillos de plásticos.

3.2 Descripción del instrumento

Consiste de una lámina de plástico transparente con cuatro patas de 2 cm de longitud, con un imán rectilíneo colocado en su lado inferior.

3.3 Uso

Mostrar las líneas del campo magnético de un imán rectilíneo y la orientación de las brújulas  alrededor del mismo.

3.4 Funcionamiento

Se coloca el imán rectangular debajo de la lámina de plástico y se esparcen las limaduras de hierro sobre la lámina. También, se colocan varias brújulas alrededor del imán para observar sus orientaciones en el campo magnético.

A continuación se describen los experimentos.

a)   Propiedades magnéticas de los materiales

En general todos los materiales presentan propiedades magnéticas en una u otra forma. Sin embargo, algunos como el hierro, el níquel y el cobalto presentan propiedades magnéticas muy marcadas. Con un imán permanente se puede explorar a groso modo ésta propiedad de los materiales. Para esto, se hace un montón con objetos pequeños hechos de diferentes materiales y se les acerca un imán permanente. Se puede observar que algunos son magnéticos porque se pegan al imán, y otros no demuestran en forma evidente esta propiedad porque no se adhieren al mismo.

b)    Identificación de los polos de un imán

Se determina primero mediante el método de la salida y puesta del sol, la ubicación de los polos norte y sur geográficos. Se cuelga el imán de barra por la mitad con un hilo delgado  y  se le permite que gire horizontalmente hasta que permanezca en reposo en la posición de equilibrio. En estas condiciones, un extremo apuntará aproximadamente al polo norte y el otro al polo sur. El extremo que apunte al norte geográfico será el polo norte magnético del imán; el otro extremo será el sur.

c)    Atracción y repulsión entre los polos de los imanes

Para efectuar esta experiencia se procede como a continuación se indica. En primer lugar, se cortan los pitillos en pequeños trozos, con longitudes un poco mayor que el ancho de los imanes y se colocan sobre la lámina. Se colocan varias varillas de plástico en paralelo que servirán de rodamiento y encima se montan los imanes con sus polos previamente identificados, como se nuestra en la figura 4. Se acercan hasta que sus polos se encuentren frente a frente. Se observará que para cierta distancia se aprecia una fuerza de atracción entre ellos, como se muestra en la figura 4 A. Al girar 180o uno de los imanes, se observará que la fuerza ahora es contraria, es decir de repulsión, como se indica en la figura 4 B. Se puede comprobar lo que es ampliamente conocido y aceptado: polos iguales se repelen y polos diferentes se atraen.



 Fig. 4 Atracción (A) y repulsión (B) entre polos magnéticos. 


 En el siguiente video (PE1) se puede observar la atracción y repulsión entre dos imanes.



En el siguiente video el eminente físico Richard Feyman analiza el por qué de la atracción y repulsión entre imanes permanentes.




Otro montaje interesante para evidenciar la repulsión magnética, se puede lograr con dos imanes en forma de anillo de los que usan las cornetas de sonidos, montados sobre un cilindro de madera o plástico colocado en posición vertical. Para logra esto, se colocan los dos imanes en el cilindro, como se indica en la figura 5, de modo que sus lados más cercanos tengan la misma polaridad. Se observará que el imán superior levita a cierta distancia del imán inferior. En esta posición, el imán superior se encuentra sometido a la acción de dos campos, el gravitacional que actúa con una fuerza hacia abajo, es decir su peso, y el campo magnético del imán inferior que produce la fuerza de repulsión hacia arriba. En la posición de equilibrio, estas dos fuerzas se anulan. Por otra parte, si se acerca con la mano el imán superior al inferior, se manifiesta la fuerza de repulsión entre ellos.

Fig. 5 Repulsión entre imanes.



d)    Magnetización de material



Fig. 6 Magnetización de un material.

El magnetismo es una propiedad inherente al átomo, aunque en la mayor parte de los materiales los pequeños imanes atómicos conocidos como “dominios magnéticos” se encuentran orientados al azar y su efecto magnético externo global resulta anulado, como se indica en la figura 6 A. Una aguja de acero, hecha de un material altamente ferromagnético, se puede magnetizar mediante el contacto con un imán permanente. Al someter a la aguja a un campo magnético intenso con un imán, ocurre una reorientación de tales regiones a lo largo de su eje longitudinal, generando así la magnetización permanente de la misma, como se indica en la figura 6B.  Al quitar el campo magnético, el material de la aguja queda magnetizado; de modo que ésta se transforma en un imán permanente también. 

En el video PE2 se describen las fuentes del magnetismo.



En el video PE3 se observa la fuente del magnetismo de un material magnético.


 

En el video PE4 se muestra el procedimiento para magnetizar un material.




e)  Visualización del las líneas de inducción del campo magnético de un imán

En primer lugar, se coloca la lámina de plástico sobre el proyector de transparencia. Luego, se distribuye uniformemente las limaduras de hierro sobre la lámina. Las limaduras, por estar hechas de un material fuertemente ferromagnético (hierro), se magnetizan cuando se distribuyen alrededor del imán, y se convierten en pequeñísimos imanes, sobre los que aparecen pares de fuerzas magnéticas atractivas y repulsivas, sobre cada uno de sus polos. Por otra parte, por efecto del roce con la superficie de la lámina, sobre las limaduras actúa una fuerza de fricción que les impide moverse o girar. Bajo éstas circunstancias, la fuerza de roce sobre ellas es superior a la fuerza magnética y no adoptan ninguna configuración de campo. Sin embargo, si luego se  golpea suavemente la lámina con la mano, se podrá observar que las limaduras saltan y se redistribuyen adoptando cierta configuración que permite visualizar el campo magnético en un plano paralelo al imán. Las limaduras se reorientan porque al saltar, giran por efecto del par de fuerzas magnéticas que el campo del imán ejerce sobre ellas. En la figura 7 se puede observar ésta configuración del campo.


Fig. 7 Líneas del campo magnético y orientación de las brújulas 
en éste campo.

En la figura 8 se muestra un diagrama de las líneas del campo magnético alrededor de un imán permanente en forma de barra rectangular.  Se pueden apreciar que las líneas tienen puntas de flechas que indican su sentido: salen del imán por el polo norte y entran por el sur.  Además, las líneas presentan otra propiedad: son cerradas; contrario a las líneas de fuerza del campo eléctrico producido por cargas eléctricas estacionarias.



Fig. 8  Diagrama de las líneas del campo magnético.


f)  Orientación de una brújula en una línea de campo magnético



Fig. 9 Diagrama de las líneas del campo magnético y 
orientación de una brújula en éste campo.


En este caso, se recomienda utilizar la configuración del campo magnético anterior. Se puede comprobar que al colocar una brújula cerca del imán, en un determinado punto tal como se muestra en la fotografía de la figura 7 y en el diagrama de la figura 9,  ésta se orienta en dirección tangente a la línea de inducción; y además, su polo norte apunta siempre en el  mismo sentido del campo magnético.  Luego, sí se levanta un poco la brújula y se mueve a lo largo de esa línea,  se puede comprobar que aunque varía su orientación espacial, sin embargo se mantiene la orientación tangencial respecto a la línea, es decir la brújula siempre es tangente a la línea. Esto sucede porque la brújula es también un imán, y al colocarla cerca del imán rectilíneo, su campo ejerce un par de fuerza que la hace girar hasta que alcanza la posición de equilibrio estable, donde la suma de las fuerzas es cero y la suma de los momentos magnéticos también es cero. También, se puede observar que el norte de la brújula  apunta al sur del imán, como es de esperar. Esto permite determinar el sentido de las líneas del campo magnético alrededor del imán, como se muestra en la figura 9. Sin embargo, en general, estas conclusiones también se pueden aplicar en cualquier caso para determinar el sentido de cualquier campo magnético.  

g)  Orientación de varias brújula en una línea de campo magnético


      Con este experimento, se puede observar las orientaciones simultáneas de varias brújulas cuando se colocan  alrededor del imán rectilíneo. Al hacerlo, se comprueba que  todas se orientan en direcciones tangentes a las líneas del campo magnético con sus polos norte apuntando en el mismo sentido de éstas, como se ilustra en la figura 10.


Fig. 10  Diagrama de la  orientación de varias brújulas en
 el campo magnético. 

En PE5 se muestra una animación de las líneas de inducción del campo  magnético de un imán y las orientaciones de varias brújulas.




En PE7 se muestra la dependencia del vector inducción magnetica con la distancia al imán permanente.


 

h) Visualización del las líneas de inducción del campo magnético con dos imán

Se recomienda repetir lo descrito en d), e) y f)  con dos imanes rectilíneos colocados de diferentes formas: i) paralelos entre sí con sus polos contiguos iguales o diferentes y ii) perpendiculares entre sí.

i)  División de un imán permanente en dos

Este experimento se puede realizar con 10 cm de cinta magnética de la utilizada en la puerta de las neveras para que se adhieran al marco. Si se corta por la mitad, se obtienen dos imanes de nuevo. Sí luego se vuelven a cortar, se vuelven a obtener dos imanes más pequeños. De aquí se puede comprobar que los polos de los imanes son inseparables. En general no se pueden separar los polos de los imanes y convertirlos en dos monopolos magnéticos.

En PE6 se muestra una animación donde se discute lo anterior.



4  El alambre rectilíneo


En esta sección se muestra cómo un alambre rectilíneo con corriente genera un campo magnético a su  alrededor. Este evento fue uno de los grandes descubrimientos del siglo XVIII que dio origen al electromagnetismo. 


4.1      Lista de materiales

Para la realización de estos experimentos se requiere de los siguientes materiales: 1) Una lámina de plástico transparente (plexiglás) o de transparencia. 2) Un metro de alambre de cobre  número 10.  3) Varias brújulas o agujas imantadas montadas en una base transparente. 4) Una batería de 6 volt. o 12 pilas alcalinas de 1.5 volt. 5) Cables de conexión. 6) Proyector de transparencias.

 4.2         Descripción del instrumento

Consiste de una lámina de plástico transparente atravesada perpendicularmente por un alambre de cobre cuyo calibre es el Nro. 10, el cual se conecta a una batería formada por seis pilas grandes de 1.5 V.

4.3     Uso

Mostrar que al pasar una corriente eléctrica por un conductor aparece a su alrededor un campo magnético de líneas circulares cerradas.

4.4   Funcionamiento

Cuando se conecta el alambre rectilíneo a la batería, alrededor aparece un campo magnético que se puede visualizar con limaduras de hierro. Para tal fin, las limaduras se esparcen en forma homogénea alrededor del alambre y sobre la lámina de plástico. 

A continuación se describen los experimentos.

a)              Experimento de Oersted

Con este experimento se puede comprobar que una corriente eléctrica circulando por un alambre, produce un campo magnético que incide en la orientación en una brújula. Para esto, se coloca una brújula sobre la lámina de plástico cerca del alambre, y se observa su orientación espacial, la cual es producto del campo magnético terrestre. Al conectar el alambre rectilíneo a la batería, se observa que la brújula se mueve y adopta la orientación que se muestra en  la figura 11.  Esto se explica de la forma siguiente: la corriente eléctrica que circula por el alambre genera un campo magnético a su alrededor, la cual actúa sobre la brújula y produce un par de fuerzas que la obliga a orientarse tangente a una de las líneas de inducción, donde el momento magnético total es cero y así puede alcanzar de nuevo el equilibrio mecánico. Posteriormente, al cambiar el sentido de la corriente que circula por el alambre, se puede comprobar cómo se modifica el sentido de orientación de la brújula.

Con esto se puede establecer la “regla de la mano derecha” para determinar el sentido de las líneas de inducción del campo magnético, conociendo el sentido de circulación de la corriente eléctrica a través del alambre. Se deja al lector su revisión en la bibliografía recomendada.


Fig. 11  Diagrama de las líneas del campo magnético y orientación de la brújula. 


En PE8 se puede observar lo descrito con un video.





b) Visualización del las líneas de inducción del campo magnético en un conductor rectilíneo

Para lograr esto, se esparcen  limaduras de hierro sobre la lámina de plástico alrededor del alambre y se conecta la batería. Se golpea suavemente varias veces la lámina hasta que las limaduras se reorienten alrededor del alambre. Después de esto, se puede observar que las limaduras forman líneas circulares concéntricas que bordean el alambre rectilíneo. Esto permite visualizar el campo magnético generado por el alambre cuando transporta una corriente (figuras 12 A  y B).




Fig. 12 Equipo para observar las líneas de campo magnético 
alrededor de un   conductor rectilíneo (A).Ampliación de 
la región central de la figura (B). 

En PE9 se pueden observar las líneas de inducción del campo magnético, así como el vector campo magnético alrededor de un alambre con corriente. También se muestra el vector B en diferentes planos en relación al alambre y cómo obtener el campo resultante producido por dos alambres paralelos en un determinado punto.




c)  Orientación de varias brújulas en una línea de campo magnético

Para esto, sí se colocan varias brújulas alrededor del alambre con corriente,  se nota que se orientan en direcciones tangentes a las líneas del campo magnético.  Si luego se cambia el sentido de la corriente, se puede observar que las brújulas rotan y cambian sus sentidos de orientación, es decir sus polos norte ocupan los lugares que antes ocupaban los polos sur. Tal como se hizo en b) se puede aplicar  “regla de la mano derecha” para determinar el sentido de las líneas de inducción del campo magnético.



5  La espira circular

A continuación  se muestra cómo un doblez en un alambre con corriente incide en la configuración del campo magnético.

   5.1 Lista de materiales

Se requiere de los siguientes materiales: 1) Una lámina de plástico transparente (plexiglás) o de transparencia. 2) Un metro de alambre de cobre número 10.  3) Varias brújulas o agujas imantadas montadas en una base transparente. 4) Una batería de 6 volt o 12 pilas alcalinas de 1.5 volt. 5) Cables de conexión. 6) Proyector de transparencias.

               5.2  Descripción del instrumento

Consiste de una lámina de plástico transparente atravesada por una espira circular de alambre de cobre cuyo calibre es el Nro. 10, conectada a una batería formada por seis pilas grandes de 1.5 V.

               5.3  Uso

Mostrar que al pasar una corriente eléctrica por una espira circular aparece alrededor un campo magnético.

5.4 Funcionamiento

Cuando se conecta la espira circular a la batería, aparece un campo magnético que se puede visualizar con limaduras de hierro. Para tal fin, las limaduras se esparcen sobre la lámina de plástico en forma homogénea alrededor de la espira y se conecta a la fuente de voltaje.

A continuación se describen los experimentos.

a)              Orientación de varias brújulas en una línea de campo magnético

Se colocan varias brújulas alrededor de la espira y se observa cómo su orientación espacial, sólo obedece la acción del campo magnético terrestre. Luego, se conecta la batería y se observa el movimiento de las brújulas, como se indica en la figura 13. La corriente eléctrica que circula por la espira produce un campo magnético alrededor. Debido al campo, sobre las brújulas actúan pares de fuerzas que las obligan a orientarse en la dirección tangente a las líneas de inducción del campo producido.


Fig. 13  Diagrama de las líneas del campo magnético en un anillo.

Luego se cambia el sentido de la corriente y se observa como las brújulas se reorientan de nuevo. En PE10 se puede observar lo antes indicado.


b)              Visualización del las líneas de inducción del campo magnético

Para lograr visualizar las líneas del campo magnético, se esparcen sobre la lámina de plástico las limaduras de hierro alrededor de la espira, y se conecta la batería. Luego, se golpea con suavidad la lámina hasta que las limaduras se reorienten alrededor del alambre. Se observa que las limaduras forman líneas alrededor de la espira generando una configuración que permite detectar la presencia de un campo magnético, como se indica en la figura 14.



Fig. 14 Campo magnético alrededor de una espira circular.

En PE10 se puede observar la distribución de los vectores campo magnético alrededor de la espira circular.






6 La bobina rectangular y el toroide

En esta sección se muestra cómo un solenoide produce un campo magnético similar al de un imán permanente rectilíneo y cómo visualizar el campo magnético generado por un  toroide.

6.1 Lista de materiales

Se requiere de los siguientes materiales: 

1) Una lámina de plástico (plexiglás) transparente o de transparencia 
2) Un metro de alambre de cobre  número 10
3) Varias brújulas o agujas imantadas montadas en una base transparente
4) Una batería de 6 volt o 12 pilas alcalinas de 1.5 volt
5) Cables de conexión
6) Proyector de transparencias
7) Un tornillo grande de acero o varios clavos de hiero

6.2 Descripción del instrumento

Consiste de una lámina de plástico transparente atravesada por un alambre de cobre esmaltado de calibre Nro. 10 en forma de bobina rectangular, conectada a una batería formada por seis pilas grandes de 1.5 V, tal como se muestra en la figura 15. El toroide se monta en una lámina semejante, como se puede observar en la figura 16.

6.3 Uso

Mostrar que al pasar una corriente eléctrica por una bobina rectangular o un toroide aparece, por fuera y en su interior, un campo magnético.

6.4 Funcionamiento

Cuando se conecta la bobina rectangular o el toroide a la batería, en su interior y exterior aparece un campo magnético el cual se puede visualizar con limaduras de hierro. Para tal fin, las limaduras se esparcen sobre la lámina de plástico en forma homogénea dentro y fuera de la bobina o el toroide.

A continuación se describen los experimentos.

a)              Orientación de varias brújulas en una línea de campo magnético

           
Fig  15 Diagrama de las líneas del campo magnético y
orientación de las brújulas. 
    
Para realizar esta experiencia se procede como a continuación se describe. Se colocan varias brújulas dentro y fuera del solenoide y se observa sus orientaciones.  Se conecta la batería y se observa como se mueven las brújulas. Esto indica que la corriente eléctrica que circula por el alambre produce un campo magnético alrededor, como se mencionó anteriormente. Debido al campo, sobre cada brújula actúa un par de fuerzas que la obliga a orientarse tangente a la línea de campo magnético que pase por el punto donde se encuentra ubicada; las que se encuentran a lo largo del eje longitudinal de la bobina adoptan esa misma dirección, las otras se orientan siguiendo las líneas curvadas de campo magnético.  Finalmente, se cambia  el sentido de la corriente que pasa por el alambre y se observa como cambia la orientación de cada brújula (figuras 15 y video PE11).

b)              Visualización del las líneas de inducción del campo magnético

Para poder efectuar esta parte del experimento, en primer lugar se esparcen las limaduras de hierro sobre la lámina de plástico, alrededor de las espiras del solenoide, y se conecta la batería. Luego, se golpea ligeramente la lámina hasta que las limaduras se reorienten alrededor de la bobina. Se debería observar, tal como se muestra en la Figura 16, que las limaduras forman líneas alrededor de la espira permitiendo visualizar el campo magnético que produce. Por la forma de la configuración del campo magnético, similar al producido por un imán rectilíneo,  se puede concluir que la bobina con corriente se comporta como un imán permanente y por consiguiente debería de tener dos polos como aquel.  Para comprobar esta afirmación, se acerca una brújula a uno de los extremos de la bobina. El extremo de la bobina que atraiga al polo norte del imán, es  su polo sur; el otro, por supuesto, es su polo norte.


Fig. 16 La bobina rectangular.


Se puede repetir lo anterior con el toroide (figura 17) para observar la estructura del campo magnético, así como la orientación de las brújulas en su interior y exterior.



Fig. 17 El toroide.


En PE11 se puede observar lo antes indicado, así como la distribución de los vectores campo magnético alrededor de la espira circular.





7 Fuerza magnética sobre un alambre con corriente

Se describe el efecto de colocar un alambre que conduce corriente eléctrica en el campo magnético generado por un imán permanente.

7.1 Lista de materiales

Se requiere de los siguientes materiales:

 1) Una base de madera o de plástico transparente 
 2) Un metro de alambre de cobre  número 8 y un metro del Nro. 14
 3) Una batería de 12 volt de carro o una fuente con 2 Ampere de salida 
 4) Cables de conexión
 5) Escobillas de grafito de motor o generador eléctrico
 6) Un imán permanente en forma de herradura o anillo

7.2 Descripción del instrumento

Consiste de una base de madera o de plástico con dos rieles de alambre de cobre conductor fijos en la base y un alambre móvil de cobre. El imán se coloca cerca del alambre móvil. Los rieles se conectan a la batería.

7.3 Uso

Mostrar que al introducir un alambre con corriente dentro del campo magnético de un imán permanente, sobre éste actúa una fuerza magnética.

7.4 Funcionamiento

Se introduce el alambre en el imán y se le conecta a la batería. Si la corriente es de alrededor de 2 Amperios, sobre el alambre actúa una fuerza aproximadamente perpendicular a las líneas de inducción del campo magnético y cuyo sentido dependerá del sentido que lleve la corriente.

A continuación se describen los experimentos.

Con este montaje se puede apreciar el efecto de un campo magnético sobre un alambre con corriente. A tal efecto, se coloca el alambre rectilíneo sobre los rieles, se acerca el imán como se indica en la Figura 18, y se conecta la fuente de voltaje. Se observará que el alambre se mueve hacia la batería, porque en éste sentido actúa la fuerza magnética si la corriente va en el sentido indicado en el diagrama, cómo se puede comprobar mediante la aplicación de la regla de la mano derecha del producto vectorial. También se puede comprobar que a medida
que la intensidad de la corriente que se le aplica al alambre es mayor, la velocidad del alambre aumenta; lo cual indica un aumento de la fuerza magnética.

Para poder observar que el alambre se mueve, se requiere de una corriente de al menos 5 amperios; así que éste experimento se debe hacer como el máximo cuidado para evitar accidentes. Tiene la desventaja de que el alambre se funde donde hace contacto con los rieles, a medida que rueda. Sin embargo, si se lija se puede proseguir con el experimento.


Fig. 18 Arreglo experimental para observar la fuerza
magnética sobre un alambre con corriente. 


En la figura 19 se muestra otro montaje experimental para comprobar lo anterior, el cual tiene una ventaja sobre el de la figura 18, ya que con una corriente pequeña (alrededor de 2 A) se puede observar que el alambre se mueve. Se recomienda hacer el columpio con alambre de un calibre más pequeño (Nro. 14 o menos) para disminuir su peso y montarlo sobre bujes de grafito de los que usan las escobillas de los motores y generadores eléctricos, para evitar que sus extremos se fundan por el paso de la corriente.


Fig. 19 Otro arreglo experimental para observar la 
fuerza magnético sobre un alambre con corriente.

En el video PE12 se muestran animaciones de la acción de un campo magnético sobre un alambre con corriente.






8 Atracción y repulsión entre alambres con corriente

8.1 Lista de materiales

Se requiere de los siguientes materiales:

 1) Una base de madera o de plástico transparente 
 2) Un metro de alambre de cobre  número 8 y un metro del Nro. 14
 3) Una batería de 12 volt
 4) Cables de conexión
 5) Escobillas de grafito de motor o generador eléctrico

8.2 Descripción del instrumento

Consiste de una base de madera o de plástico con dos columpios de alambre de cobre conductor Nro. 14 montados en un soporte en forma de L, como se muestra en la figura 20, y conectados a una batería o fuente de voltaje que le suministra la corriente requerida.

8.3 Uso

Mostrar que dos alambres con corrientes eléctricas se atraen o repelen.

8.4 Funcionamiento

Se conectan los alambres a la fuente de voltaje. Si la corriente es de alrededor de 2 A se puede observar que sobre los alambres del columpio actúan fuerzas magnéticas que los separan o los acercan entre sí.

A continuación se describen los experimentos.


Fig. 20 Arreglo experimental para observar la fuerza de 
atracción y repulsión entre alambres con corriente fuerza. 

      Con este montaje se puede apreciar el efecto de atracción y repulsión entre dos alambres que conducen corrientes eléctricas. En primer lugar se observa que los columpios cuelgan verticalmente por efecto de sus propios pesos. Pero al conectar la fuente de voltaje, se separan o se atraen por efecto de la fuerza magnética, cuya  magnitud será mayor, mientras mayor sea la intensidad de la corriente. Esto último se puede comprobar si se dispone de un reóstato que permita regular la intensidad de la corriente (figura 20).

     En los videos PE13 y PE14 se muestra, paso a paso, cómo cada alambre con corrientes eléctricas produce un campo magnético, así como las fuerzas de repulsión o atracción entre ellos. 
  








9 Momento de torsión sobre una espira con corriente

En la sección 7 se hizo una descripción de la fuerza magnética sobre un alambre con corriente; en esta se presentan algunos experimentos sobre el momento magnético sobre una bobina con corriente. Se sugiere realizar previamente esta experiencia antes de abocarse al montaje del motor eléctrico.

9.1 Lista de materiales

Para la realización de esta experiencia se requiere de los siguientes materiales: 

   1) Una lámina de madera o plástico (plexiglás)
  2) Cinco metros de alambre de cobre esmaltado calibre  número 18
       y un metro del Nro. 14
  3) Dos pilas alcalinas de 1.5 volt
  4) Cables de conexión 
  5) Un imán permanente de corneta
  6) Un interruptor


9.2  Descripción del instrumento

Consiste de una bobina circular de aproximadamente 5 cm de diámetro, hecha de unas 30 vueltas de alambre de cobre esmaltado Nro. 18 y montada en dos soportes de alambre de cobre de calibre Nro. 14.  Se dejan unos 5 cm en cada extremo del alambre por fuera de la bobina. Con lija o con el filo de un “exacto”, se le quita completamente el esmalte a los dos extremos del alambre de la bobina. De esta manera, los extremos de la bobina hacen las veces de eje de suspensión, y se monta sobre el doblez descubierto (sin esmalte) de una base de alambre, también esmaltado. Debajo de la bobina se coloca un imán permanente en forma de aro de igual o mayor diámetro. La bobina se conecta a la batería o a dos pilas grandes de 1.5 V.

      La bobina requiere de cierto balanceo previo antes de montarla en el soporte. Así que, es  necesario asegurarse de que su eje de suspensión quede lo más rectilíneo que se pueda y en dirección diametral, para garantizar que permanezca en posición de equilibrio indiferente al colocarla en su soporte. Para comprobarlo, se gira un poco la bobina; si mantiene esa posición, se encuentra en el equilibrio señalado. Si no es así, se dobla un poquito los alambres del eje o se le coloca un pequeño contrapeso con cinta adhesiva hasta lograr el ajuste adecuado.


 Fig. 21 Diagrama del montaje de  la bobina circular.


En la figura 21 se presenta un diagrama de un montaje alternativo para la bobina circular.

9.3   Uso

Comprobar que aparece un momento magnético de torsión sobre una bobina con corriente colocada cerca de un imán.

9.4   Funcionamiento      
  
El campo magnético se establece mediante el imán anular y la corriente se le suministra a la bobina a través de una batería. Sin corriente, la bobina previamente balanceada, se mantiene en equilibrio indiferente, es decir no adopta una orientación preferencial. Al conectar la batería, la bobina gira hasta adoptar su posición de equilibrio.

A continuación se describen algunos experimentos que se pueden realizar con esta bobina.

a)    Comprobar que aparece un momento de torsión sobre una bobina con corriente dentro de un campo magnético

Con este montaje se puede apreciar el efecto de un campo magnético sobre una bobina circular con corriente. Para efectuar esta experiencia, se requiere que en primer lugar se identifique la polaridad del imán anular por medio del método propuesto en la sección 3, correspondiente al imán permanente, y que se conozca cómo es la configuración de su campo magnético, con las limaduras de hierro. De esta forma se conoce la dirección y el sentido del campo magnético alrededor del imán. En segundo lugar, que se haya determinado el sentido del enrollamiento del alambre en la bobina, para poder determinar el sentido de circulación de la corriente eléctrica por la misma. Hecho esto, se coloca la bobina en su soporte y se le hace el balanceo correspondiente para lograr que permanezca en equilibrio indiferente. En esta condición, la suma de las fuerzas sobre la bobina es cero y el momento sobre la misma es nulo (cero); si la bobina no se encuentra balanceada, el momento efectuado por su propio peso la obliga a girar hasta adoptar una orientación preferencial donde el momento de nuevo es nulo, lo cual no es conveniente. Posteriormente, al conectar el motor a la batería, se observa que actúa un momento magnético sobre la bobina que la hace girar hasta cierta posición donde de nuevo se pone en equilibrio debido a que el momento total se hace cero. Sí luego se aplica una fuerza a la bobina con la mano e inmediatamente se suelta, se saca del equilibrio; pero rápidamente regresa a esa posición. Se puede comprobar que en esa posición, el plano de la bobina es aproximadamente perpendicular a la dirección del campo magnético producido por el imán. Al cambiar el sentido de la corriente mediante la inversión de los cables en la batería, se observa que al repetir lo descrito anteriormente, la bobina adopta la misma posición de equilibrio, pero ha girado 180o. Luego, se retira el imán de la base y se coloca en posición vertical cerca de la bobina; se puede comprobar que cambia también la orientación de la bobina: adopta también la posición vertical, es decir de nuevo su plano es perpendicular al campo magnético. En base a estas conclusiones, se puede establecer que  τ  =  μ x B , donde τ es el momento magnético sobre la espira, μ es el momento dipolar magnético de la espira y B el campo magnético externo. Se sugiere al lector interesado ampliar sus conocimientos teóricos con las referencias citadas.

PE15 es un video con animaciones del momento magnético sobre una espira rectangular producto de un par de fuerzas magnéticas.


  


b)    Prototipo de motor elemental

Para efectuar el siguiente experimento se requiere que la bobina se encuentre conectada a la fuente de voltaje. Se cierra y abre el circuito con el interruptor y se observa si la bobina gira. Se repite esto periódicamente hasta lograr que gire continuamente. Al conectar y desconectar la corriente, se está incorporando al dispositivo un conmutador manual, para lograr que la bobina gire en forma continua. En la próxima sección se describe un motor más elaborado.  



10  El motor eléctrico


Desde su invento por  Faraday  hasta nuestros días, el motor eléctrico ha sentado pauta  en todos los quehaceres de la actividad industrial así como en las actividades de nuestro hogar, donde su presencia se manifiesta en múltiples aparatos, como los indispensables electrodomésticos. Su funcionamiento esta basado en los principios fundamentales del electromagnetismo, como a continuación se describe.


10.1 Lista de materiales



Para la realización de esta experiencia se requiere de los siguientes materiales: 1) Una lámina de madera o plástico (plexiglás). 2) Cinco metros de alambre de cobre esmaltado calibre  número 18 y 1 metro del Nro. 14.  3) Dos pilas alcalinas de 1.5 volt.  4) Cables de conexión. 5) Un imán permanente de corneta. 6) Un interruptor.



10.2  Descripción del instrumento



Consiste de una bobina circular de aproximadamente  de 5 cm de diámetro, hecha de unas 30 vueltas de alambre de cobre esmaltado Nro. 18 y montada en dos soportes de alambre de cobre de calibre Nro. 14.  Se dejan unos 5 cm en cada extremo del alambre por fuera de la bobina. Con lija o el filo de un “exacto”, se le quita completamente el esmalte a uno de los extremos del alambre de la bobina y al otro extremo se le quita sólo la mitad, longitudinalmente. El extremo semidescubierto hace las veces de conmutador y sirve para conectar y desconectar automáticamente la bobina de la  batería a medida que gira. A su vez, los extremos de la bobina hacen las veces de eje de suspensión, y se monta sobre el doblez descubierto (sin esmalte) de una base de alambre, también esmaltado. Debajo de la bobina se coloca un imán permanente en forma de aro de igual o mayor diámetro. La bobina se conecta  a dos pilas grandes de 1.5 V.



Como en la sección anterior, la bobina requiere de cierto balanceo previo antes de montarla en el soporte.  Se recomienda seguir esas sugerencias.



          En la figura 22 se muestra una fotografía de un modelo simplificado de un motor eléctrico con todos sus componentes.








Fig. 22 El motor eléctrico y sus partes.



10.3   Uso



Mostrar el principio de funcionamiento de un motor elemental de corriente continua, es decir, comprobar que al hacer pasar una corriente eléctrica por una bobina colocada en un campo magnético producido por un imán, la misma se pone a girar.



10.4  Funcionamiento     
  
El campo magnético se establece mediante el imán anular y la corriente se le suministra a la bobina a través de una batería; se conecta y desconecta con un conmutador colocado en uno de los extremos del alambre. Sin corriente, la bobina se mantiene en equilibrio indiferente, es decir no adopta una orientación preferencial. Al conectar la batería, pasa corriente si la parte descubierta del conmutador hace contacto con su soporte inferior; y no pasa, si es la parte esmaltada la que se encuentra en contacto (figura 23). Es necesario arrancar la bobina dándole un pequeño impulso con la mano.

Este motor funciona de modo análogo al columpio del parque de diversiones, que mediante impulsos, dados en el momento adecuado, logra oscilar con gran amplitud. Así, durante la mitad del tiempo (medio ciclo) que tarda en dar una vuelta, pasa corriente por la bobina al hacer contacto la parte descubierta del conmutador y aparece un momento que la obliga a girar en un determinado sentido; pero durante el medio ciclo siguiente, aunque no le pasa corriente, continúa girando debido a la inercia rotacional. Luego de esto, se repite el ciclo y el resultado es que la bobina rota mientras esté conectada o desconectada a la batería.



Fig. 23 Arreglo experimental y componentes de motor eléctrico.


A continuación se describen algunos experimentos que se pueden realizar con este motor.

 a) Se retira el imán de la base y con la mano, se coloca en diferentes posiciones alrededor de la bobina, y se observa en cual posición gira más rapidez o  más lento.
 b) Se cambia el sentido de la corriente que circula por la bobina y se observa el cambio en el sentido de rotación de la bobina del motor.

10.5  Otros modelos       

A continuación se describe otro interesante prototipo de motor eléctrico. Se conoce como motor homopolar porque el campo magnético mantiene su polaridad en el espacio e interviene sólo uno de los polos magnéticos en la rotación. Es de fácil construcción; se requiere un imán cilíndrico de neodimio-hierro-boro,  alambre de cobre Nro. 12 y una pila AA de 1,5 V. Con el alambre de cobre se hace la espira rectangular, la cual se coloca sobre la pila como indica la figura 24; su doblez en forma de V se monta sobre el borne positivo de la pila y sus extremos doblados en arco se ajustan de modo que hagan contacto con la superficie del imán. De esta manera la corriente eléctrica circula por ambos lados de la espira, entra por el polo sur del imán y llega de nuevo a la pila. Como la espira con corriente eléctrica se encuentra dentro del campo magnético del imán, aparece una fuerza magnética F sobre cada uno de los lados de la espira e igualmente un par de fuerza, que la hace girar. Al cambiar la orientación del imán o la pila, cambia el sentido de giro.


                      Fig.  24 Motor homopolar con sus componentes.

Otro modelo de motor homopolar consiste de una espira helicoidal, montada sobre el borne positivo de la pila AA; al borne negativo se le coloca el imán, al cual se adhiere por la atracción magnética sobre el metal, como se muestra en la figura 25. La espira helicoidal es la que gira en este caso. Funciona igual que antes; la fuerza magnética sobre ella es la responsable de su giro.


                         Fig.  25 Motor homopolar con espira helicoidal.


                      Fig. 26 Motor homopolar con imán de rotor.


Por otra parte,  también se puede hacer el montaje que se muestra en la figura 26, donde el imán es el cuerpo que gira. En el interior del imán el campo magnético tiene dirección longitudinal y  sentido sur-norte. Cuando el extremo inferior doblado de la espira hace contacto con el imán, circula una corriente eléctrica por su parte interna. Así que de nuevo, una corriente eléctrica circulando dentro de la región de un campo magnético, estará sometida a la acción de una fuerza eléctrica y en consecuencia, actúa un torque que hace girar el imán. 


11 La inducción electromagnética

La inducción electromagnética es el principio fundamental de generación de electricidad a partir de la introducción de cambios en el campo magnético y/o  en las condiciones  (orientación y tamaño) de una bobina inmersa en dicho  campo.

11.1 Lista de materiales

Para la realización de esta experiencia se necesitan los siguientes materiales: 1) 10 metros de alambre de cobre delgado número 25 3) Un galvanómetro. 4) Cables de conexión. 5) Un imán rectangular.

11.2 Descripción del instrumento

El componente principal de este equipo es la bobina de 50 o más vueltas fabricada con  el alambre de cobre número 25, y de un diámetro un poco mayor que la del ancho del imán rectangular. Para construirla se enrolla con mucho cuidado el alambre sobre un tubo de cartón o plástico y se indica en una etiqueta el sentido de enrollamiento.

Otra alternativa, es construirla en forma de anillo de un diámetro adecuado para que entre con holgura el imán. La bobina se conecta al galvanómetro.

11.3 Uso

Mostrar que al introducir el imán en la bobina se induce una corriente eléctrica.

11.4 Funcionamiento

Se conecta los dos extremos de los alambres de la bobina al galvanómetro. Al  introducir y sacar el imán de la bobina se observa que el galvanómetro registra el paso de una corriente eléctrica.

A continuación se describen los experimentos a realizar.

a)    Comprobar que se induce una corriente eléctrica

Fig. 27 Arreglo experimental para observar la inducción electromagnética. 

Se comienza con la conexión de  la bobina  a la fuente de voltaje. Luego se acerca el imán a la bobina a lo largo de su eje longitudinal hasta que se introduce en ella y se detiene, tal como se ilustra en el diagrama de la figura 27. Sí el movimiento es lo suficiente rápido, se debería observar que la aguja del galvanómetro registra el paso de una corriente eléctrica mientras el imán se mueve, y luego la aguja vuelve a cero cuando el imán se detiene. También se debería notar que al sacar la bobina, la aguja del galvanómetro gira en sentido contrario al anterior. Sí esto se repite periódicamente se puede lograr que la aguja gire en ambos sentidos mientras el imán se acerca y se aleja de la bobina. De esta manera se logra que aparezca una corriente inducida en la bobina.

b)    Comprobar que la intensidad de la corriente inducida depende de la rapidez del imán.

Para esto, primero se mueve lentamente el imán y luego muy rápido. Al hacerlo, se puede observar que la intensidad de la corriente que registra el galvanómetro es de poca intensidad cuando el movimiento del imán es lento, y más intensa cuando el movimiento es rápido. Esto permite concluir que la intensidad de la corriente inducida es directamente proporcional al cambio temporal introducido en la rapidez del imán, el cual a su vez incide en el cambio temporal del flujo magnético a través del área delimitada por la bobina.

c)    Determinar el sentido de la corriente inducida: Regla de Lenz

En esta experiencia es conveniente tener en cuenta lo siguiente. El sentido de la corriente inducida dependerá de sí es el polo norte o el sur el que está más cerca de la bobina cuando el imán se mueve; también, de cómo se encuentre enrollado el alambre en la bobina, si es en sentido horario o antihorario y de cómo se encuentre conectado el galvanómetro a los extremos de la bobina. Por lo tanto, es necesario previamente determinar hacia dónde se mueve la aguja del galvanómetro cuando por éste circula corriente. Una forma, es darle al galvanómetro un pulso de corriente con una pila de 1.5 V; para esto, primero se conecta con un cable el borne negativo de la pila con el terminal negativo del galvanómetro y el otro cable se conecta al terminar positivo del galvanómetro sin conectarlo a la batería. Posteriormente, se toca muy rápido, con el extremo suelto de este último cable el borne libre del galvanómetro a fin de cerrar momentáneamente el circuito. Como la corriente circula desde el borne positivo de la batería hacia el negativo, al entrar un pulso de corriente al galvanómetro por el terminal positivo, su aguja  debería de girar a la derecha. De este modo se puede conocer hacia donde se mueve la aguja al entrar la corriente.

Sí la conexión es la que se muestra en la figura 27, al acercar el polo norte del imán aparece una corriente en sentido antihorario. Esto se debe a lo siguiente: a medida que el imán se acerca a la bobina, la intensidad del campo magnético aumenta en el plano de la misma; este cambio origina la inducción de una corriente eléctrica que debe circular en ese sentido, para que genere a su vez un campo magnético en sentido contrario al campo del imán y pueda existir oposición al cambio de flujo magnético. Por el contrario, si el imán se aleja, la corriente inducida circula en sentido horario.

Se deja al lector explorar lo que sucedería si, en vez de acercar el polo norte del imán, se acerca el sur.

De estas conclusiones obtenidas en forma experimental, se puede establecer que la intensidad de la corriente inducida I es


donde N es el número de espiras de la bobina, R su resistencia eléctrica y  dφ/dt es el cambio temporal del flujo magnético. Esta relación se conoce como ley de Faraday  y es una de las leyes del electromagnetismo.

El video PE16 muestran varias animaciones sobre el flujo magnético. En  los que siguen se discuten conceptos relacionados con la inducción electromagnética.











 

 Finalizamos este libro con otro video de Feyman.
 Sobran los comentarios!


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