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Física Campo magnético e inducción

Magnetic Field & Induction

En una bobina aparece una fem solo mientras cambia el flujo magnético Φ que la atraviesa; si el flujo se mantiene constante, no circula corriente por muy fuerte que sea el imán que tenga al lado. El tamaño de la fem depende de lo rápido que cambia el flujo, es decir, de la pendiente ΔΦ/Δt de la gráfica Φ-t multiplicada por el número de vueltas N. Cuanto más deprisa se acerca un imán a la bobina o se hace girar la bobina, más empinada es la pendiente, y los generadores y los transformadores funcionan con este mismo principio. Al cambiar con el deslizador la tasa de variación del flujo, cambian a la vez la pendiente de la gráfica y la fem de una bobina de 100 vueltas.

Solo hay fem mientras cambia el flujo

2 Wb/s
👀 Cómo leer la gráfica
①La recta azul es el flujo Φ, que crece con el tiempo, y su pendiente es la tasa de variación del flujo ΔΦ/Δt
②En el triángulo naranja de trazos, el lado horizontal va de 0,1 s a 0,3 s, es decir, Δt = 0,2 s, y el vertical es el flujo ganado en ese tiempo, ΔΦ
③Si la pendiente se duplica, la fem inducida V = N × ΔΦ/Δt también se duplica
④Con la tasa en 0, la recta queda tendida sobre el eje del tiempo; el flujo no cambia y la fem también es 0

Flujo y ley de Faraday

Flujo magnético
Φ = B A
Producto del campo B perpendicular a la bobina por el área A de la bobina: la cantidad de líneas de campo que atraviesan de frente la bobina (unidad Wb)
Ley de Faraday
V = N ΔΦΔt
La fem inducida es el número de vueltas N por la tasa de variación del flujo ΔΦ/Δt. Lo que fija su valor es lo rápido que cambia el flujo, no lo grande que es

Ley de Lenz: sentido de la corriente

🧲 En contra del cambio
①La corriente inducida circula en el sentido que se opone al cambio de flujo (ley de Lenz)
②Si el flujo aumenta, la corriente crea un campo que frena ese aumento; si disminuye, uno que compensa la pérdida
③Al meter el polo N de un imán en una bobina, el extremo cercano de la bobina se convierte en un polo N y empuja el imán hacia fuera; al sacarlo, ese extremo se convierte en un polo S y atrae el imán
④Si la corriente fuera en sentido contrario, el cambio se alimentaría a sí mismo y aparecería energía de la nada, así que la ley de Lenz va de la mano de la conservación de la energía

Ejemplos

Ejemplo 1
En 0,2 s, el flujo a través de una bobina de una vuelta pasa de 0,1 Wb a 0,5 Wb. Halla la magnitud de la fem inducida.
1
La variación del flujo es ΔΦ = 0,5 − 0,1 = 0,4 Wb.
2
Se sustituyen N = 1 y Δt = 0,2 s en V = N·ΔΦ/Δt.
V = 1 × 0,40,2 = 2 V
▸ 2 V
Dividir entre el tiempo el flujo inicial 0,1 Wb o el final 0,5 Wb es un error; lo que fija la fem es la variación, 0,4 Wb.
Ejemplo 2
El flujo a través de una bobina de 100 vueltas tarda 0,01 s en cambiar 0,02 Wb. Halla la magnitud de la fem inducida.
1
La bobina tiene 100 vueltas, así que se multiplica por N = 100.
V = N ΔΦΔt
2
La tasa de variación del flujo es ΔΦ/Δt = 0,02/0,01 = 2 Wb/s.
V = 100 × 2 = 200 V
▸ 200 V
Si se olvida el número de vueltas N, sale 2 V, solo 1/100 de la respuesta correcta.

Resumen

Resultado clave
Φ = B A, V = N ΔΦΔt
El flujo es B × A, la fem inducida es el número de vueltas por la tasa de variación del flujo, y la corriente inducida circula en el sentido que se opone a ese cambio
Tipo de examen CSAT 2021 Ciencias (Física I), adaptado
El flujo a través de una bobina de 200 vueltas tarda 0,1 s en cambiar uniformemente 0,3 Wb. ¿Cuál es la magnitud de la fem inducida?
①60 V
②200 V
③300 V
④600 V
⑤900 V
▸ ④ 600 V
1
Se sustituyen N = 200, ΔΦ = 0,3 Wb y Δt = 0,1 s en V = N·ΔΦ/Δt.
V = 200 × 0,30,1
2
La tasa de variación del flujo es 3 Wb/s; se multiplica por las 200 vueltas.
V = 200 × 3 = 600 V
🎯 Puntos de examen
①El flujo es Φ = BA y se mide en Wb
②En la ley de Faraday V = N·ΔΦ/Δt no hay que olvidar el número de vueltas N
③La pendiente de la gráfica Φ-t es la tasa de variación del flujo, así que a más pendiente, más fem
④Un flujo grande pero constante tiene pendiente 0 y no induce corriente
⑤Por la ley de Lenz, la corriente inducida circula en el sentido que se opone al cambio de flujo
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