Ley de Faraday-Lenz

Introducción


En el presente trabajo práctico, cuyo tema abordado es la Ley de Faraday-Lenz, nos propondremos estudiar el movimiento de un imán que cae por el interior de un tubo de simetría cilíndrica. Una vez realizada la experiencia, analizaremos si el material con el cual está hecho cada tubo ejerce alguna influencia en dicho movimiento.
Antes de realizar la apropiada descripción delprocedimiento a seguir, es preciso señalar qué es lo que enuncia la ley de Faraday-Lenz.
La ley establece que la fem (fuerza electromotriz inducida o diferencia de potencial inducida) es inversamente proporcional al intervalo de tiempo y directamente proporcional a la variación del flujo magnético. También afirma que el valor de la variación del flujo sobre el tiempo es opuesto al de la fem. Laley se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

f em. ind. = - N . Δφ/Δt
donde N es el número de vueltas de la bobina (dato que no será precisado en la experiencia), Δφ la variación del flujo y Δt el intervalo de tiempo. Experimentalmente, si se aproxima un imán a una bobina (se cual sea el polo tomado) inducirá una intensidad de corriente opuesta a la causa que la genera, pues seresiste al aumento del flujo de inducción magnética (según la Ley de Lenz). El mismo comportamiento se aplica para la diferencia de potencial inducida entre los extremos de la bobina.

En particular, una vez realizada la fase experimental del trabajo, nos interesará analizar y poder caracterizar el movimiento que realiza el imán dentro de cada tubo.


Procedimiento experimental:


Paracumplir con los objetivos expuestos en la introducción fue necesario valernos de dos tubos cilíndricos de igual longitud y bobinados idénticos, y de materiales distintos: uno de aluminio y otro de plástico. Las bobinas empleadas eran diez por cada tubo, equidistantes y conectadas en serie entre sí. A su vez, las bobinas de dichos tubos estaban conectadas a una interfaz por medio de un sensor devoltaje que a su vez estaba conectada a una PC. En ésta se empleó un software específico para la experiencia, una aplicación llamada Science Workshop. El Imán que utilizamos es de tierras raras dado que éste posee una alta magnetización con respecto del imán común de óxido de hierro, lo que facilita su detección. Para que el imán no caiga al piso, debajo del tubo se halla dispuesta una bolsa detela que amortigua la caída del imán. Seguido a esto, expondremos el dispositivo experimental empleado en la experiencia:


En cuanto a las funciones de los elementos mencionados y empleados en el transcurso de la experiencia, debemos indicar que los tubos constituyen el espacio donde se lleva a cabo el movimiento del imán (en este caso una caída). Las bobinas, por su parte, nos permitenapreciar y detectar la posición del imán en función del tiempo durante su caída dado que en el centro de ellas se induce una fuerza electromotriz (Ddp inducida). El imán es el instrumento que realiza el movimiento en el interior del tubo. Cabe señalar que el sensor de voltaje conectado a la interfaz se conecta al tubo (es decir, con las bobinas dispuestas en el mismo) mediante bornes de conexión que sehallan en su base. Los sensores y la interfaz son los encargados de medir la ddp y el tiempo que serán luego interpretados y graficados por el programa afín de la PC.

A continuación detallaremos los pasos que fueron precisos seguir para llevar a cabo la experiencia. Cada tubo pendía de un soporte dispuesto en un extremo de la mesa de trabajo y desde su extremo superior se dejó el imáncaer. Simultáneamente a esto, luego de dábamos inicio a la recolección de datos mediante la aplicación del ordenador donde se daba lugar a la realización del gráfico de ddp en función del tiempo. Esta medición la realizamos en cada tubo tan solo una vez para luego comparar sus gráficos. Hecho esto, se procedió a medir las posiciones en las que se hallaban cada bobina con una cinta métrica (por...