Ley de Faraday-Lenz

Introducción
En el presente Trabajo Práctico nos proponemos estudiar el movimiento de un imán que cae por el interior de un tubo de simetría cilíndrica. Veremos si el material del cual está hecho el tubo tiene influencia en dicho movimiento.

Para esto contaremos con los principios básicos del electromagnetismo y de la cinemática que se basan en las leyes de Faraday-Lenz y las leyes delmovimiento para los movimientos rectilíneos uniformes y uniformemente variados (MRU y MRUV).

La ley de Faraday enuncia que la diferencia de potencial (ddp) o fuerza electromotriz (fem) inducida en un circuito cerrado es proporcional a la variación del flujo magnético en el tiempo.
A la par de esto, la ley de Lenz afirma que el sentido de la corriente inducida será tal que el campo magnético quegenera se oponga al sentido de la variación del flujo magnético, o sea, a su causa. Esto es una consecuencia del principio de conservación de la energía y es de un carácter más cualitativo, representándose con un signo menos (-) en la ecuación:

εind = -ΔΦ/Δt (1)

Esta fem inducida puede generar, por ley de Ohm, una corrienteinducida a través de la bobina, espira o circuito cerrado de material conductor y de resistencia R:

iind = εind/R (2)

Por último, para el estudio del movimiento del imán dentro de los tubos recurriremos a las ecuaciones horarias de la posición tanto para un MRU como MRUV:x(t) = x0 + v*t (MRU) (3)

x(t) = ½*a*t² + v0*t + x0 (MRUV) (4)
Procedimiento experimental
Para detectar la posición del imán en función del tiempo durante su caída utilizaremos unas pequeñas bobinas que se encuentran sobre el tubo. Estas bobinas están conectadas a una interfaz y ésta a su vez a una PC, la cual interpretará los datos quereciba de la interfaz mediante un software específico para ello. Utilizaremos un imán de tierras rara en lugar de los imanes comunes de óxido de hierro, ya que este posee una alta magnetización que facilita la detección del imán mediante las bobinas.

Dispondremos de dos tubos de igual longitud y bobinados idénticos, uno de aluminio y otro de plástico. Cada tubo cuenta con diez bobinasdistribuidas a los largo de toda su extensión, separadas por aproximadamente 10cm, y conectadas en serie. En la base de los tubos encontraremos los bornes de conexión que permitirán conectar el bobinado a la interfaz. Una bolsa de tela ubicada en el extremo inferior retiene el imán a su salida del tubo, evitando que se golpee contra el piso ya que si el imán cae al piso es muy probable que se quiebre.Para posibilitar las mediciones a realizar, se conectará el dispositivo a una interfaz que permite medir la diferencia de potencial en las bobinas (ddp) en función del tiempo. Tanto el tiempo como la diferencia de potencial son medidos por los sensores de voltaje y la interfaz. Estos luego serán enviados a la PC y representados en un gráfico de V(t) gracias a un programa.

Figura I: Corte del tubodonde se han esquematizado solamente el primer y último bobinado.


Figura II: Esquema del dispositivo experimental adoptado.

Pasaremos entonces a dejar caer el imán por el interior del tubo dispuesto verticalmente y registrar durante la caída los valores de diferencia de potencial en las bobinas en función del tiempo. Tomaremos ciertos recaudos durante las mediciones para minimizar lainfluencia de ciertos fenómenos indeseables en la caída del imán. Por ejemplo, intentaremos que el tubo no oscile (este movimiento puede provocar golpes entre el mismo y el imán) y que el tubo se encuentre en posición vertical (para disminuir el efecto del rozamiento contra las paredes durante la caída). Soltaremos el imán siempre desde la misma posición y respetando el polo que enfrenta en primer...