Ley de Faraday: campos electromagnéticos 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 un EMF, 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 campos electromagnéticos, no un área cambiante.
- Un área cambiante induce campos electromagnéticos, pero a través de un mecanismo completamente diferente al de un campo cambiante.
2 · Configurar
- Abra el preajuste del área de flujo cambiante 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 de flujo cambiante b. Explique por qué ambos 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.