Faraday

Generador de Faraday de una sola pieza
Autores
Frigerio, Paz mapaz@vlb.com.ar La Bruna,Gimena labrugi@yahoo.com Larreguy, María merigl@yahoo.com Romani, Julieta julietaromani@hotmail.com

Laboratorio de Física 2 – Universidad Favaloro-Buenos Aires Octubre 2001

Resumen
En el generador convencional de Faraday, un disco conductor rota en un campo magnético axial. Si reemplazamos el disco porun imán permanente circular que proporciona su propio campo magnético, el efecto resulta idéntico. Cualquier imán en movimiento genera una fem inducida debida a la presencia de su propio campo magnético.

Introducción
La fuerza magnética FM de una carga q que se mueve con velocidad v a través de un campo magnético B= B es(1):







   FM = q ⋅ v × B

(1)

Se dice que existeun campo eléctrico en un punto si actúa una fuerza de origen eléctrico sobre una carga situada en dicho punto. Se define el campo eléctrico E como:

  FE E= q
cuya dirección es la de la fuerza eléctrica FE. Se deduce que:

(2)

  FE = q ⋅ E

(3)

El generador convencional de Faraday consiste de un disco circular conductor que rota alrededor de su eje de simetría en presencia de uncampo magnético externo, cuya dirección también esta en la dirección axial. Si reemplazamos el disco conductor por un imán conductor, que proporciona su propio campo magnético paralelo al eje, es decir un imán permanente del tipo ilustrado en la figura 1, entonces ya no requerirá un campo magnético externo. Este dispositivo se conoce como el generador de Faraday de una sola pieza.2

Figura 1.Imán circular de radio R que tiene un campo magnético B que atraviesa su superficie.

Generador de Faraday de una sola pieza - M.P. Frigerio,G. La Bruna,M.G. Larreguy y J. Romani - UF 2001

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Cuando se hace rotar el imán, si se observa una carga q del mismo, ésta se mueve con una velocidad v como se ilustra en la figura 1. Entonces, según la ecuación (1), se genera una fuerza magnética FMperpendicular a la velocidad de la carga. Si el campo magnético B es entrante al imán, las cargas positivas se van concentrando en el borde del imán y las cargas negativas, en cambio, se concentran en el centro del mismo debido a las fuerzas magnéticas. En el momento en que se equilibran las fuerzas magnética y eléctrica, se puede ver que aparecerá un campo eléctrico E dado por (ver apéndice A):

  E = −v × B .

(4)

En el caso del disco rotante, tanto la velocidad tangencial v como el campo inducido variará con la distancia al centro dada por r. El campo eléctrico varía a lo largo de un diámetro del cilindro (en dirección radial) de la misma forma que la velocidad tangencial, por lo tanto:
E(r) = Bωr

(5)

donde r es la distancia desde el centro del imán al punto en cuestión yω la velocidad angular del disco. De este modo, la fem (fuerza electromotriz) inducida ε desde el centro del imán hasta el borde del mismo es:

ε = ∫ E(r)dr = Bω ∫ rdr =
0 0

R

R

1 BωR 2 2

(6)

Experimento
Para la realización de este experimento, sujetamos el imán por medio de un dispositivo plástico a un taladro de velocidades regulables. Haciendo presión contra el imán colocamosdos carbones, uno en el centro del imán y otro al costado, como se muestra en las figuras 2 y 3.

Figura 2. Fotografía del dispositivo utilizado para el experimento.

A medida que variábamos las velocidades del taladro, medíamos la fem inducida a partir de los carbones con un sistema de adquisición de datos conectado a una PC.

Generador de Faraday de una sola pieza - M.P. Frigerio,G. LaBruna,M.G. Larreguy y J. Romani - UF 2001

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Carbones Imán

Figura 3. Diagrama del dispositivo utilizado para el experimento, en la parte derecha superior, vemos una vista de frente del imán y los contactos (carbones).

En principio es posible medir la tensión directamente con un voltímetro, pero debido la las fluctuaciones provenientes de las vibraciones e inestabilidad de los...