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Ley de Faraday-Lenz - Contenido educativo

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Subido el 4 de mayo de 2020 por Àngel Manuel G.

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En este vídeo se explica el fundamento teórico de la ley de Faraday y de la ley de Lenz.

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En este vídeo vamos a hablar sobre la ley de Faraday y la ley de Lenz. 00:00:08
La ley de Faraday y la ley de Lenz son dos leyes que siempre van unidas de la mano. 00:00:13
La ley de Faraday nos dice que un campo magnético puede inducirnos una corriente 00:00:20
y la ley de Lenz nos dice hacia dónde va esa corriente. 00:00:25
Empecemos con la ley de Faraday. 00:00:30
Imaginemos que tenemos un conductor cerrado. 00:00:33
Por ejemplo, este de aquí. 00:00:37
Es un hilo de cobre que no está enchufado a nadie ni a nada. 00:00:40
Imaginemos también que en esta región del espacio tenemos un campo magnético, por ejemplo, hacia afuera. 00:00:44
¿De acuerdo? 00:00:57
Si vemos esto desde el lateral, observaremos que no son perpendiculares, 00:00:58
sino que si el campo magnético es así, entonces esta espira está puesta de esta forma. 00:01:02
De tal manera que el vector que nos indica la superficie de esta espira forma un cierto ángulo con el campo que coincide con el ángulo que forma la espira con la vertical. 00:01:15
Este ángulo de aquí le vamos a llamar ángulo cita. 00:01:37
Pues bien, la ley de Faraday nos dice lo siguiente. 00:01:41
Si nos calculamos el flujo del campo magnético a través de esta superficie de esta espira, que observaremos que es la integral, esta vez no es una integral cerrada porque si fuese cerrada el flujo sería cero porque las líneas de campo son cerradas, 00:01:46
pero nos hacemos la integral en esta superficie de la espira 00:02:09
que yo la he pintado cuadrada pero podría tener cualquier superficie 00:02:13
del campo por diferencial de superficie 00:02:19
observamos que cuando queremos hacer este producto escalar 00:02:24
como la superficie y el campo forman un ángulo cita 00:02:29
tendremos que es la integral a lo largo de toda la superficie 00:02:33
de el campo por diferencial de superficie y por el coseno de este ángulo. 00:02:39
Si suponemos que este ángulo de aquí no depende de la superficie, es decir, como esto es plano no está torcido 00:02:48
todos los puntos van a tener el mismo ángulo y que el campo es el mismo en todos los puntos de la superficie 00:02:57
podemos sacarlos fuera y la integral de la superficie nos queda la superficie 00:03:04
esto queda campo por superficie y por el coseno del ángulo 00:03:09
esta suposición no tendríamos por qué hacerla 00:03:15
es simplemente para simplificar todo lo que viene después 00:03:18
pues bien, si ahora observamos esto de aquí 00:03:21
si yo quisiese cambiar el flujo podría hacer tres cosas 00:03:26
O bien cambiar el campo, cambiar el campo, o bien cambiar la superficie, por ejemplo, arrugarlo o comprimirlo, o bien cambiar el ángulo, girarlo. 00:03:30
Lo que nos dice la ley de Faraday es que cualquiera de estos cambios nos va a producir una corriente en este hilo. 00:03:55
Y esa corriente se va a producir gracias a una diferencia de potencial que vamos a llamar fuerza electromotriz. 00:04:03
Fuerza electromotriz. 00:04:12
Porque si no hay una fuerza electromotriz o una diferencia de potencial no puede haber una corriente. 00:04:20
Esta fuerza electromotriz nos dice la ley de Faraday que es el cambio, es decir, la derivada del flujo magnético con respecto del tiempo. 00:04:26
Esta es la ley de Faraday. 00:04:37
¿Esto qué significará? Significará que vamos a tener una cierta fuerza electromotriz cada vez que una de estas cosas cambie. 00:04:41
Por ejemplo, si hago girar esta espira, lo que voy a conseguir cuando esté así, ninguna línea de campo va a atravesar la espira. 00:04:50
Cuando esté así, la van a atravesar el máximo de líneas posible. 00:04:58
Por lo tanto, al estarlo girando, vamos a cambiar el número de líneas que entran o salen en esta espira. 00:05:01
por lo tanto vamos a estar cambiando el flujo y ese cambio de flujo va a producir una fuerza 00:05:07
electromotriz que va a generar movimiento de carga alrededor de este circuito lo que no nos dice la 00:05:15
ley de faraday esta es la ley de faraday ley de faraday lo que no nos dice esta ley es si la 00:05:22
intensidad va a ser hacia acá o la intensidad va a ser hacia acá solamente nos habla de la fuerza 00:05:32
electromotriz. La fuerza electromotriz hemos dicho que era una diferencia de potencial. 00:05:37
Diferencia de potencial. Y como es una diferencia de potencial, la vamos a medir siempre en voltios. 00:05:44
Ahora bien, una diferencia de potencial, si supiésemos la resistencia del hilo de la espira, 00:05:56
podríamos calcular la intensidad, porque la ley de Ohm nos dice que la fuerza electromotriz es la intensidad multiplicada por la resistencia. 00:06:02
De esta manera podemos deducir cuánto vale la intensidad si sabemos esta resistencia. 00:06:20
Seguimos, sin embargo, sin saber si la intensidad gira en un sentido o gira en el otro. 00:06:25
Pues bien, aquí es donde entra la ley de Lenz 00:06:30
Ley de Lenz 00:06:34
Y la ley de Lenz lo que nos dice es que 00:06:37
Si el flujo está aumentando, la intensidad que se induce va a intentar que reduzca 00:06:43
Si el flujo aumenta, entonces se induce una intensidad para reducirlo 00:06:50
¿Y cómo podemos reducir el flujo? Pues esta intensidad no nos puede cambiar ni la superficie ni el ángulo, pero sí nos puede generar un campo magnético inducido que vaya al revés que nuestro campo. 00:07:07
Es decir, vamos a generar un campo inducido que vaya hacia dentro de la pizarra. ¿Por qué? Porque entonces al sumarlo con este será un campo más pequeño y el flujo que está aumentando gracias a esto reducirá. 00:07:25
esta ley de lenz se deduce de la conservación de la energía si hiciésemos una intensidad inducida 00:07:40
que generase un campo todavía más hacia arriba estaríamos todavía aumentando más el flujo 00:07:47
cambiando el campo a más aumentando más el flujo por lo tanto generaríamos una intensidad que 00:07:52
todavía aumentaría más el campo que todavía aumentaría más el flujo que todavía aumentaría 00:07:57
más la intensidad y esto no conservaría la energía sin embargo de esta manera la energía 00:08:01
si se conserva este campo inducido para poderlo generar que sea un campo hacia dentro del papel 00:08:06
necesitamos una intensidad regla de la mano derecha campo hacia abajo girando en el sentido 00:08:13
de las agujas del reloj entonces este será el sentido de la intensidad inducida qué ocurre si 00:08:19
el flujo de campo disminuye. Entonces se generará una intensidad inducida para restaurarlo. 00:08:28
Para restaurarlo quiere decir para que vuelva a ser mayor. ¿Cómo será entonces el campo 00:08:48
inducido que querremos generar? Será un campo hacia afuera del papel. ¿Y qué intensidad 00:08:56
tendremos que hacer? Regla de la mano derecha, pulgar como el campo, intensidad en el sentido 00:09:02
contrario a las agujas del reloj o antihorario. La ley de Lenz se escribe normalmente como un 00:09:08
signo menos en la ley de Faraday, este signo menos. Para entenderlo debemos fijarnos en que 00:09:20
cuando estamos calculando el flujo estamos eligiendo cuál es el sentido en el que queremos 00:09:31
que vaya nuestra superficie. Como no es una superficie cerrada no estamos obligados a 00:09:37
elegir el vector diferencial de S hacia afuera de la superficie porque aquí no hay fuera. 00:09:42
Estamos eligiendo que sea lo más paralelo posible al campo. En este caso podría ser 00:09:47
este o también podríamos haber elegido este. Pero hemos elegido este porque es más paralelo 00:09:53
al campo. De esta manera calculamos el flujo que queda con su signo y con este signo menos 00:09:59
le damos la vuelta. Esa diferencia de potencial negativa nos daría una intensidad negativa 00:10:05
que quiere decir, siguiendo con la regla de la mano derecha, el sentido de diferencial 00:10:11
de S o del campo, que serán muy parecidos, es al revés. En este caso, si seguimos con 00:10:16
la regla de la mano derecha, el sentido del campo nos dice que la intensidad sería así. 00:10:22
por lo tanto si la intensidad no sale negativa en la ley de Lenz 00:10:27
no es así, sino que es al revés 00:10:31
esto de aquí, la ley de Faraday-Lenz 00:10:33
genera un cierto problema y es el siguiente 00:10:40
si yo hago la integral del campo eléctrico 00:10:43
en un cierto camino, esto es una diferencia de potencial 00:10:48
es la definición de la diferencia de potencial 00:10:55
es menos en realidad 00:10:59
Esto de aquí, entonces, lo que nos está diciendo es que 00:11:00
Esta diferencia de potencial, lo que nos está diciendo es que como el campo eléctrico es conservativo 00:11:06
Cuando este camino sea cerrado, esto de aquí será cero 00:11:14
Pero ¿qué está ocurriendo aquí? 00:11:18
Que venimos al circuito, hacemos esta integral 00:11:21
Hacemos la derivada, que es la fuerza electromotriz 00:11:25
y resulta que es un camino cerrado en el cual tenemos una diferencia de potencial que no es cero. 00:11:28
Es decir, cambiamos la circulación del campo eléctrico y nos queda que la circulación del campo eléctrico 00:11:35
ahora ya no es cero sino que es menos la derivada de la integral del campo magnético a través de esa superficie. 00:11:41
Esta de aquí será una de las ecuaciones que propuso Maxwell para demostrar que la luz es una onda. 00:11:59
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Idioma/s:
es
Materias:
Física, Química
Niveles educativos:
▼ Mostrar / ocultar niveles
  • Bachillerato
    • Segundo Curso
Autor/es:
Àngel Manuel Gómez Sicilia
Subido por:
Àngel Manuel G.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Compartir igual
Visualizaciones:
138
Fecha:
4 de mayo de 2020 - 21:13
Visibilidad:
Público
Duración:
12′ 20″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1024x576 píxeles
Tamaño:
457.10 MBytes

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