Ley de Faraday: FEM de un área cambiante
1 · Predecir
Un bucle de alambre se encuentra en un campo magnético fijo, pero el área del bucle oscila (imagínese que se estira y se contrae). ¿Esto también induce una FEM, de la misma manera que lo hace una intensidad de campo cambiante?
- Sí, a la ley de Faraday solo le importa que cambie el flujo total Φ = BA, independientemente de si lo que varía es B o A.
- No: solo una intensidad de campo cambiante induce una FEM, no un área cambiante.
- Un área cambiante induce una FEM, pero a través de un mecanismo completamente diferente al de un campo cambiante.
2 · Configurar
- Abra el ajuste preestablecido changing-flux-area y presione Restablecer. El campo está fijo en 0.5 T; el área del bucle oscila como A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)).
- Habilite la lectura de EMF inducida.
- Lea el EMF inducido en cada momento indicado.
3 · Recopilar datos
| Tiempo t (s) | CEM inducido (mV) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 1.50 |
Grafique la EMF inducida (eje y) frente al tiempo t (eje x) para sus tres lecturas y dibuje cómo oscila durante un período completo (≈2.86 s).
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) usando B₀ = 0.5 T, A₀ = 0.025 m², ω = 2π×0.35 rad/s. Compare con la tabla.
- Compare la estructura de esta fórmula con la del experimento changing-flux-b. Explique por qué ambas dan una FEM proporcional al producto de la cantidad FIJA (B aquí, A allí) y la tasa de cambio de la cantidad VARIABLE.
5 · Ampliar
- Un generador clásico de 'varilla deslizante' cambia el área cerrada de un circuito moviendo físicamente un lado, induciendo EMF = BLv (campo × longitud de la varilla × velocidad de deslizamiento): una versión mecánica exactamente de este efecto de área cambiante. Explique por qué deslizar la varilla más rápido aumenta la FEM inducida.
- Algunos micrófonos funcionan haciendo que un imán vibre cerca (o que el área efectiva de una bobina cambie en relación con) un campo fijo, convirtiendo las vibraciones del sonido en un flujo cambiante y, por lo tanto, en una señal de voltaje. ¿Por qué un sonido más fuerte (mayor amplitud de vibración) produce una señal EMF más grande?
La física detrás de este experimento
Ley de Faraday (área cambiante)
El flujo magnético a través de una espira es Φ = BA. Cuando A cambia en el tiempo (B fijo), la ley de Faraday todavía se aplica: FEM = −dΦ/dt = −B·dA/dt: la misma ley, solo que con los roles de B y A intercambiados.
Electromagnetismo
- Ley de Coulomb: el campo alrededor de una carga puntual
- Dipolo eléctrico: superposición de dos cargas opuestas
- Campo de una línea de carga finita
- Condensador de placas paralelas: carga y almacenamiento de energía
- Una esfera cargada aislada
- Un condensador real que coincide con un componente del circuito
- La fuerza de Lorentz: una carga en movimiento en un campo magnético
- Campo magnético de un cable portador de corriente
- Campo magnético dentro de un solenoide
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- Ley de Faraday: tanto el campo como el área cambian a la vez
- Impedancia RLC frente a frecuencia de accionamiento: encontrar resonancia