Ley de Faraday: tanto el campo como el área cambian a la vez
1 · Predecir
El área de un bucle Y el campo magnético que lo atraviesa oscilan simultáneamente. ¿Todavía puedes encontrar la FEM inducida simplemente sumando los dos efectos separados (cambiar solo B, cambiar solo A)?
- No, necesitas la regla del producto completa d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt, que es más que simplemente sumar los dos EMF separados.
- Sí, puedes simplemente sumar las fórmulas EMF de flujo cambiante b y área de flujo cambiante.
- Multiplicas las dos fórmulas EMF separadas.
2 · Configurar
- Abra el ajuste preestablecido de faraday-lenz y presione Restablecer. Tanto B(t) como A(t) oscilan: B₀ = 0.45 T, A₀ = 0.018 m², en 0.5 Hz.
- Habilite la lectura de EMF inducida.
- Lea el EMF inducido en cada momento indicado.
3 · Recopilar Datos
| Tiempo t (s) | CEM inducido (mV) |
|---|---|
| 0.30 | |
| 0.60 | |
| 1.00 |
Grafique la EMF inducida (eje y) frente al tiempo t (eje x) para sus tres lecturas.
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule B(t) = B₀(1 + 0.5sin(ωt)), A(t) = A₀(1 + 0.35cos(ωt)), B'(t) = B₀·0.5ω·cos(ωt), A'(t) = −A₀·0.35ω·sin(ωt), entonces EMF = −(A·B' + B·A') usando B₀ = 0.45 T, A₀ = 0.018 m², ω = 2π×0.5 rad/s. Compare con la tabla.
- Explique por qué la regla del producto d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt es exactamente la herramienta adecuada en este caso: el flujo es un PRODUCTO de B y A, y la regla del producto de cálculo (no una simple suma) le indica cómo la tasa de cambio de un producto depende de que ambos factores cambien juntos.
5 · Ampliar
- Compare los valores de EMF de este experimento con los de flujo cambiante b y los de área de flujo cambiante en momentos similares. Explique por qué no puede simplemente predecir este resultado combinado sumando los valores de EMF de los otros dos experimentos al mismo tiempo, aunque los tres usan la regla del producto que se encuentra debajo.
- El flujo cambiante de un transformador proviene de una corriente cambiante en una bobina (que cambia B), no de ninguna parte móvil (A está fija allí). Explique por qué el escenario de cambio combinado del experimento de Faraday-Lenz es más general de lo que realmente necesita un transformador estacionario.
La física detrás de este experimento
Ley de Faraday (regla del producto)
Cuando tanto B como A cambian con el tiempo, la ley de Faraday requiere la regla del producto completa: EMF = −d(BA)/dt = −(A·dB/dt + B·dA/dt). Cada término captura la contribución de un factor mientras que el otro se mantiene en su valor instantáneo.