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Fis JORGE HUAYTA INDUCCION ELECTROMAGNETICA Lic. Fis. Jorge Huayta

Induccion electromagnetica

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Page 1: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

INDUCCION

ELECTROMAGNETICA

Lic. Fis. Jorge Huayta

Page 2: Induccion electromagnetica

Densidad de flujo magnético

Df

Densidad de

flujo magnético:

DABA

• Las líneas de flujo

magnético F son

continuas y cerradas.

• La dirección es la del

vector B en cualquier

punto.

; = B BAA

Cuando el área A es

perpendicular al flujo:

La unidad de densidad de flujo es el

weber por metro cuadrado.

Page 3: Induccion electromagnetica

Cálculo de flujo cuando el área no

es perpendicular al campoEl flujo que penetra al área A

cuando el vector normal n forma

un ángulo θ con el campo B es:

cosBA

El ángulo θ es el complemento del ángulo α que el plano del área forma

con el campo B. (cos θ = sen α)

n

A

a

B

Page 4: Induccion electromagnetica

Una espira de corriente tiene una área de 40 cm2 y se coloca en

un campo B de 3 T a los ángulos dados. Encuentre el flujo Φ a

través de la espira en cada caso.

Ejemplo

Page 5: Induccion electromagnetica

An

nn

A = 40 cm2 (a) θ = 00 (c) = 600(b) = 900

x x x x x

x x x x x

x x x x x

x

a) Φ = BA cos 00 = (3 T)(0.004 m2)(1); Φ = 12.0 mWb

b) Φ = BA cos 900 = (3 T)(0.004 m2)(0); Φ = 0 mWb

c) Φ = BA cos 600 = (3 T)(0.004 m2)(0.5); Φ = 6.0 mWb

Solucion

Page 6: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Flujo de campo magnetico

Page 7: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Ejercicio

ar

r r

arb

I

x

dxb

Ibdx

x

IBdA

bdxdAx

IB

ln222

º0cos

;2

0ar

r

00

0

ΦB = BA cosθ

Page 8: Induccion electromagnetica

Ley de Faraday

Page 9: Induccion electromagnetica

Ley de Faraday

Para calcular esa corriente inducida, consideramos el circuito siguiente

con una parte móvil:

BveF

Page 10: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Fem inducida y corriente inducida

Page 11: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Ejercicio

Rpta E

Page 12: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Origen de la corriente inducida

Page 13: Induccion electromagnetica

La fuerza ejercida por el campo magnético sobre los electrones los desplaza

hasta la parte baja de la barra, produciendo una diferencia de potencial ξ, al

realizar la fuerza trabajo sobre las cargas:

q

W

Ley de Faraday

vBBvq·FW

Esta ξ constituye una fem inducida por la variación del flujo magnetico en el

interior del circuito que podemos expresar como:

dt

BdA

dt

dAB

dt

dxBvB

td

d

Ley de Faraday

Page 14: Induccion electromagnetica

Ley de Faraday ( a partir del flujo)

•Flujo de Induccion magnetica, Φ a traves de una espira esta definida como

• Φ = BAcos = BnA

•“El flujo de induccion magnetica es el producto del area por la componente Bn del campo magnetico perpendicular a la espira”

•Ley de Faraday: “la FEM media inducida en el circuito es igual a la tasa de cambio media del flujo”

dt

d

Page 15: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

La Fem inducida y el flujo magnetico

Page 16: Induccion electromagnetica

El flujo que disminuye por movimiento

a la derecha induce flujo a la izquierda

en la espira.

N S

Movimiento a

la izquierda

I

B inducido

El flujo que aumenta a la izquierda

induce flujo a la derecha en la espira.

N S

Movimiento a la

derechaI

B inducido

Ley de Lenz: Una corriente inducida estará en una dirección

tal que producirá un campo magnético que se opondrá al

movimiento del campo magnético que lo produce.

Ley de Lenz

Page 17: Induccion electromagnetica

La corriente inducida, como toda corriente en una espira,

produce un campo magnético que, por el sentido que hemos

visto, se opone al externo.

Este efecto es contrario a su causa, que

aumentaba el flujo que atraviesa la espira.

Por tanto, la corriente inducida intenta

mantener el flujo dentro de la espira

como estaba (Inercia Magnética).

Por supuesto, si la causa es contraria, también lo es el efecto.

td

d

Ley de Lenz

Ley de Lenz

El signo (-), indica la direccion de la FEM y de la corriente inducida.

“La observacion de que el campo creado por la corriente inducida se opone siempre al cambio en el flujo” se denomina Ley de Lenz.

Page 18: Induccion electromagnetica
Page 19: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Induccion y transferencia de energia

Page 20: Induccion electromagnetica

a) La corriente aumenta

b) La corriente disminuira

c) La corriente también se reducirá a cero

d) La corriente invertirá su direccion

Ejercicio

Rpta. a

Page 21: Induccion electromagnetica

fem inducida: Observaciones

B Líneas de flujo Φ en Wb

N vueltas; velocidad v

Ley de Lenz:

Observaciones de Faraday:

• El movimiento relativo induce fem.

• La dirección de fem depende de la

dirección del movimiento.

• La fem es proporcional a la tasa a que

se cortan las líneas (v).

• La fem es proporcional al número de

espiras N.

El signo negativo significa qu ε se opone a su causa.

dt

dN

Page 22: Induccion electromagnetica

Aplicación de la ley de Faraday-Lenz

Al cambiar el área o el campo

B puede ocurrir un cambio en

el flujo ΔΦ:

ΔΦ = B ΔA ΔΦ = A ΔB

n

n

n

Espira giratoria Φ= B ΔA Espira en reposo Φ= A ΔB

Para N espiras

dt

dN

Page 23: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Ejercicio

Rpta. D

Page 24: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Ejercicio

Rpta. 3

Page 25: Induccion electromagnetica

Una bobina tiene 200 espiras de 30 cm2 de área. Rota de la

posición vertical a la horizontal en un tiempo de 0.03 s. ¿Cuál

es la fem inducida si el campo constante B es 4 mT?

Ejemplo

Page 26: Induccion electromagnetica

mVVx

tN 80080,0

03,0

102,1)200(

5

D

D

WbxmTAB

cmcmA

52

22

102,1)0030,0)(004,0(

30030

DD

D

El signo negativo indica la polaridad del voltaje.

Solucion

Page 27: Induccion electromagnetica

El campo magnético entre los polos del electroimán de la figura es

uniforme en todo momento, pero su magnitud aumenta a razón de 0,020

T/s. El área de la esfera conductora que esta en el campo es 120 cm2, y

la resistencia total del circuito es de 5,0 Ω. a) Halle la fem inducida y la

corriente inducida en el circuito. b) Si se sustituye la espira por otra de

material aislante, ¿Qué efecto tienen esto en la fem inducida y la

corriente inducida?

Ejemplo

Page 28: Induccion electromagnetica

Solucion

mVxt

BA

t24,0104,2 4

D

D

D

D

mAAxR

IIR 048,0108,4 5

a)

b) ξ = 0,24 mV

I = 0

Page 29: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Campo eléctrico inducido

Page 30: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Campo eléctrico inducido

Page 31: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Campo eléctrico inducido

Page 32: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Campo eléctrico inducido

Page 33: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Ejercicio: Campo eléctrico inducido

rR

CE

22

r

CE

1

2

Page 34: Induccion electromagnetica

Fis JORGE HUAYTA

Fem inducidas y campos eléctricos inducidos:

resumen

Page 35: Induccion electromagnetica

Use la ley de Lenz para determinar la dirección de la

corriente inducida a través de R si se cierra el interruptor

del circuito siguiente (B creciente).

Ejemplo

Page 36: Induccion electromagnetica

Solucion

R

Interruptor cerrado. ¿Cuál es la

dirección de la corriente inducida?

La corriente que se eleva en el circuito de la derecha hace que el flujo

aumente a la izquierda, lo que induce corriente en el circuito de la izquierda

que debe producir un campo hacia la derecha para oponerse al movimiento.

Por tanto, el sentido de la corriente I a través del resistor R es hacia la

derecha, como se muestra.

Page 37: Induccion electromagnetica

Al mover el alambre con velocidad

v en un campo constante B se

induce una fem. Note la dirección

de I.

De la ley de Lenz se ve que se crea un

campo inverso (afuera). Este campo

genera sobre el alambre una fuerza

hacia la abajo que ofrece resistencia al

movimiento. Use la regla de fuerza de

la mano derecha para mostrar esto.

Direcciones de

fuerzas y fems

Page 38: Induccion electromagnetica

fem de movimiento en un alambre

Fuerza F sobre la carga q en un

alambre de longitud L es:

F = qvB; Trabajo = FL = qBvL

fem:

Si el alambre se mueve con velocidad v un

ángulo θ con B:

fem ξ inducida

v sen v

B

q

qBvL

q

Trabajo

sen BLv

ξ= BLv

Page 39: Induccion electromagnetica

Un alambre de 0.20 m de longitud se mueve con una rapidez

constante de 5 m/s a 1400 con un campo B de 0,4 T (hacia la

derecha). Determinar la magnitud y dirección de la fem

inducida en el alambre.

Page 40: Induccion electromagnetica

vsenB

V

sensmmT

257,0

º140)/5)(20,0)(4,0(

Solucion

Con la regla de la mano derecha, al ir de v

a B, el pulgar nos señala

Page 41: Induccion electromagnetica

Se coloca una bobina de alambre de cobre de

500 espiras circulares de 4,0 cm de radio entre

los polos de un gran electroimán, donde el

campo magnético es uniforme y forma un

angulo de 60º con el plano de la bobina. El

campo disminuye a razón de 0,20 T/s. ¿Cuáles

son la magnitud y dirección de la fem inducida?

Page 42: Induccion electromagnetica

Solucion

cos)( cos AdBdBAAB

Luego para 500 espiras, la fem es:

Page 43: Induccion electromagnetica

Se tiene un anillo circular de 0.05 m de radio, cuya

normal forma un ángulo θ = 30º con un campo

magnético uniforme de 5000 gauss. El anillo se hace

girar sin cambiar el ángulo entre la normal del anillo

y el campo, a una razón de 100 rpm.

¿Cuál será el valor de la fem inducida en el anillo?

Para que exista fem inducida en el anillo, debe existir una variación temporal

del flujo a través del área del anillo, lo que en este caso NO ocurre, dado que

el anillo proyecta en todo momento la misma área sobre el plano

perpendicular al campo magnético.

30º

Ejemplos de Ley de Faraday - Lenz

Page 44: Induccion electromagnetica

Un campo magnético es normal al plano de un anillo de

cobre 10 cm de diámetro, construido con alambre de 2,54

mm ¿Con qué rapidez debe cambiar el campo, para que se

genere una corriente inducida de 10 A? ((Cu) = 1.7 10-8

∙m)

B

A

Ejemplo

Page 45: Induccion electromagnetica

Siendo A el área del anillo

constante

B

A

Solucion

dt

dBAA)·(dB

dt

d

td

d

3

23

8

21005,1

)1027,1(

05,02107,1 x

xx

RR

smWbx

A

iR

Adt

dB

td

BdA 2

2

3

/ 34,105,0

1005,110

Page 46: Induccion electromagnetica

Generacion simple de C.A.

Page 47: Induccion electromagnetica

Generador simple de CA

Espira que gira en el campo B• Al girar una espira en un

campo B constante se produce

una corriente alterna CA.

• La corriente a la izquierda es

hacia afuera, por la regla de la

mano derecha.

• El segmento derecho tiene una

corriente hacia adentro.

• Cuando la espira está vertical, la

corriente es cero.

v

B

I

v

B

I

I en R es derecha, cero, izquierda y luego cero conforme gira la espira.

El generador CA

Page 48: Induccion electromagnetica

Operación de un generador CA

I=0

I=0

Page 49: Induccion electromagnetica

Corriente sinusoidal de generador

La fem varía sinusoidalmente con fem máx y mín

Para N vueltas, la fem es:

x.

x.

tBAsenN

Page 50: Induccion electromagnetica

Ejercicio

Rpta. B

Page 51: Induccion electromagnetica

Generador CA, Calculo de la fem inducida

bRv

Aplicamos la Ley de Ampere:

·A)B(td

d

td

d f

tAsenB

θ)CosA(Btd

d

t

t)CosA(Btd

d

Page 52: Induccion electromagnetica

Un generador CA tiene 12 vueltas de alambre de 0.08 m2 de

área. La espira gira en un campo magnético de 0,3 T a una

frecuencia de 60 Hz. Encuentre la máxima fem inducida.

x

. n

B

f = 60 Hz

Page 53: Induccion electromagnetica

Solucion

x

. n

B

f = 60 Hz

ω = 2πf = 2π(60 Hz)= 377 rad/s

La fem es máxima cuando θ = 900.

Por tanto, la máxima fem generada es: ξmax = 109 V

Si se conoce la resistencia, entonces se puede aplicar la ley de Ohm

(V = IR) para encontrar la máxima corriente inducida

)/08,0)(3,0)(/377)(12(

90

2

max

0

max

smTsradξ

BAsenNξ

Page 54: Induccion electromagnetica

Autoinduccion

Page 55: Induccion electromagnetica

AutoinduccionEl flujo magnético presente en un circuito se debe a la propia corriente y a la corriente

de los circuitos vecinos. Si se considera una espira, por la que circula una corriente I, se

observa que el campo es proporcional a la corriente en todo punto, por lo que el flujo

también es proporcional a la corriente. Esto se puede enunciar como:

Donde L es una constante de proporcionalidad llamada Autoinducción de la bobina. La

unidad internacional de medida es:

Ejemplo: Autoinducción de un solenoide. El valor del campo magnético para un

solenoide de longitud ℓ y N vueltas apretadas por las que circula una corriente I, ya fue

calculado, siendo éste:

siendo el flujo sobre una espira:

por lo que el flujo en el solenoide:

Donde la autoinducción para el solenoide será:

LI

HenrioHA

Wb 111

NIB 0

ANI

0

ANI

N

0

ANL

2

0

Page 56: Induccion electromagnetica

Un solenoide de 0.002 m2 de área y 30 cm de longitud tiene

100 vueltas. Si la corriente aumenta de 0 a 2 A en 0,1 s, ¿cuál

es la inductancia del solenoide?

Inductancia del solenoide L es :

R

l

A

Nota: L no depende de la corriente, sino de parámetros físicos de la bobina.

HxL

xANL

5

272

0

1038,8

300,0

)002,0()100)(104(

Ejemplo

Solucion

Page 57: Induccion electromagnetica

Si la corriente en el solenoide de 83.8 H aumentó de 0 a 2

A en 0,1 s, ¿cuál es la fem inducida?

R

l

A

mV

xdt

dIL

68,1

1,0

)02()1038,8( 5

Ejemplo

Solucion

Page 58: Induccion electromagnetica

Si la corriente en el circuito varia, también varía el campo y el flujo, por lo que se

produce una fem inducida:

fem y Autoinduccion

Aplicando la Ley de Faraday - Lenz

Nota: Para una bobina o solenoide con muchas vueltas la fem autoinducida es grande

por lo que se les suele llamar inductor.

Cuando consideremos el solenoide ideal, supondremos r=0

De tal manera que la diferencia de potencial entre los extremos del inductor

queda expresada por:

dt

dIL

dt

d

dt

LId

dt

d

)(

dt

dIL

dt

d

Irdt

dILVIrV DD

dt

dIL

Page 59: Induccion electromagnetica

Ejemplo

Una inductancia de 10 H lleva una corriente de 2 A

¿Cómo puede hacerse para generar en ella una fem

autoinducida de 100 V?

Page 60: Induccion electromagnetica

Solucion

sAdt

di

Ldt

di

td

idL

/1010

100

Page 61: Induccion electromagnetica

Inductancia mutua

Page 62: Induccion electromagnetica

Si dos o más circuitos se encuentran cercanos uno del otro el flujo magnético no sólo

depende de la propia corriente del circuito sino también de la corriente de los circuitos

próximos.

Para los circuitos de la figura, el flujo total que atraviesa la superficie A1 será debido al

campo B1 producido por la corriente I1, y al campo B2 producido por la corriente I2.

Inductancia mutua

Sea 21 el flujo a través de la bobina 2,

producido por la corriente de bobina 1,

Se define la Inductancia Mutua M21 de

la bobina 2 respecto de la uno, como:

Análogo al caso de la autoinducción, la inducción mutua depende de la

geometría de ambos circuitos y de la orientación espacial entre ellos.

Nota: Cuando la separación entre los circuitos aumenta, la inductancia mutua

disminuye debido a que el flujo que encierra a los circuitos disminuye.

1

21221121212

I

NMIMN

Page 63: Induccion electromagnetica

Si I1 varia con el tiempo, vemos que a partir de Faraday y de definición de

inductancia mutua, la fem inducida en la bobina 2 debida a la bobina 1 es:

Inductancia mutua

L1 : N1 L2 : N2

i1 S1 i2S2

Análogamente si la corriente I2 varia con

el tiempo, la fem inducida en la bobina 1

debida a la bobina 2 es:

A manera de conclusión se pude decir: La fem inducida por inducción mutua en una

bobina es proporcional a la razón de cambio de la corriente en la bobina vecina.

Nota: Cuando la razón de cambio de las corrientes son iguales, las inductancias mutuas

son iguales entre sí (M12 = M21 = M)

td

IdM 1

212

1

21221

I

NM

td

dN 21

22

td

dN 12

11

2

12112

I

NM

td

IdM 2

121

Page 64: Induccion electromagnetica

Un solenoide de longitud 1 tiene N1 vueltas, conduce una corriente I y

tiene un área transversal A. Una segunda bobina se enrolla en el núcleo de

hierro, como muestra la figura. Encontrar la inductancia mutua del sistema,

suponiendo N1= 500 vueltas, A = 3·10-3 m2, = 0.5 m y N2= 8 vueltas

Ejemplo

Page 65: Induccion electromagnetica

Solucion

Dado que el solenoide 1 conduce una corriente I1 el campo magnético, el

flujo y la inductancia mutua sobre el solenoide 2 son, respectivamente:

Hx

M 305,0

1038500104

37

21

1

21221

I

NM

1

22121

ANNM o2121 AB

1

111

INB o

Por dato: N1 = 500 vueltas, A2= A1 = 3·10-3 m2, 1 = 0.5 m y N2= 8 vueltas

Page 66: Induccion electromagnetica

Energia almacenada en

autoinduccion

Page 67: Induccion electromagnetica

Considérese un circuito serie formado por una batería de fem ξ0 , una inductancia L,

una resistencia total R. En el instante en que se cierra el interruptor S, se establece una

corriente I en el circuito y la diferencia de potencial establecida en cada elemento del

circuito es:

Circuito RL y Energia magnetica

Por lo que la energía potencia en cada elemento es:

L

S

R

ξ0

a

Donde

Sí se define la energía potencial magnética por UB, entonces la potencia en

la inductancia se puede expresar por:

00 IRdt

dIL

02

0 RIdt

dILII

aresistenci laen disipada potencia la es

ainductanci laen potencia la es

bateria lapor entregada potencia la es

2

0

RI

dt

dILI

I

dt

dILI

dt

dUP B

Page 68: Induccion electromagnetica

Luego la variación infinitesimal de la energía potencial magnética es:

Energia almacenada en un inductor

Integrando la expresión desde t = 0 en que la corriente es cero, hasta un

tiempo t = , cuando la corriente ha alcanzado su valor máximo I0 , se

obtiene:

Energía almacenada en el inductor

LIdIdU B

2

0 2

1LILIdIdUU

I

BB

2

2

1LIU B

Sí se define la energía potencial magnética por UB entonces la potencia

en la inductancia se puede expresar por:

dt

dILI

dt

dUP B

Page 69: Induccion electromagnetica

¿Cuál es la energía potencial almacenada en un inductor de 0.3 H si la

corriente se eleva de 0 a un valor final de 2 A?

Esta energía es igual al trabajo realizado al

llegar a la corriente final I; se devuelve cuando

la corriente disminuye a cero.

L = 0.3 H

I = 2 A

RJLIUB 6,0)2)(3,0(

2

1

2

1 22

Ejemplo

Solucion

Page 70: Induccion electromagnetica

Circuito RL

Page 71: Induccion electromagnetica

Circuito RL

Al conectar el interruptor la corriente

aumenta desde cero, por tanto se

producirá fem:

td

IdL

RItd

IdLo

Aplicando Ley de Ohm:

td

IdLRI 0

L

td

RI

Id tI

0

00

L

tVR)I(

R

lnln

10 t

L

RRI

0

0ln

tL

R

eRI

0

0

Page 72: Induccion electromagnetica

Circuito RL

La expresión que resulta para la corriente:

Denominamos constante de

tiempo inductiva τ:

τ

t

eR

(t)I 10

R

tL

R

eR

(t)I 10

Page 73: Induccion electromagnetica

Circuito RL

Si desconectamos la fuente y conectamos

S2, ahora la corriente cae de su valor

máximo hasta cero:

tL

R

I

I

0

ln

0 RItd

IdL

tdL

R

I

Id tI

Io 0

τt

eI(t)I

0

Page 74: Induccion electromagnetica

Sea un circuito serie formado por una batería de fem 12V, una inductancia L=5 mH,

una resistencia total R=15 y un interruptor S . Determinar: a) La corriente máxima

que se alcanza en el circuito; b) La constante de tiempo; c) Cuanto tiempo demora el

circuito en alcanzar el 99% de la corriente máxima; y d) La energía magnética

almacenada en el inductor cuando alcanza la corriente máxima

Ejemplo: Circuito RL

a) La corriente máxima se alcanza cuando el tiempo de

conexión es muy grande (t→), es decir:

L

S

R

ξ0

a

AIR

IeR

It

L

R

8,015

12)1( max

0

max

0

msx

R

L3,0

15

105 3

msteeIIeR

I txtxtLR

4,101,0)1(99,0)1(33 103,0103,0

maxmax0

b)

c)

c) mJxULIU BB 6,1)8,0)(105(2

1

2

1 232

max

Solucion

Page 75: Induccion electromagnetica

Densidad de energía u

R

l

A

La densidad de energía u es la energía UB por

unidad de volumen V

Al sustituir se obtiene u = U/V :

Densidad de energía para el solenoide:

2

222

21

2

2

IN

A

I

V

Uu o

AN

Bo

V

Uu B

AVLIUAN

L o ;2

1 ; 2

2

0

BNINIB o

Recordando B:

0

2

2

0

2

0

2

0

222

BBNIu

Page 76: Induccion electromagnetica

La corriente estacionaria final en un solenoide de 40 vueltas y

20 cm de longitud es 5 A. ¿Cuál es la densidad de energía?

R

l

A

La densidad de energía es importante para el estudio de las ondas

electromagnéticas.

mTxNI

B o 26,1200,0

)5)(40)(104( 7

3

7

23

0

2

/ 268,0)104(2

)1026,1(

2mJ

x

xBu

Ejemplo

Solucion

Antes calculamos B del solenoide:

Page 77: Induccion electromagnetica

… Preguntas?

Page 78: Induccion electromagnetica

GRACIAS …

Page 79: Induccion electromagnetica

1 Una bobina rectangular de 50 vueltas y dimensiones de 5 cm·10 cm se deja caer desde una

posición donde B = 0 hasta una nueva posición donde B = 0,5 T y se dirige

perpendicularmente al plano de la bobina. Calcule la magnitud de la fem promedio inducida

en la bobina si el desplazamiento ocurre en 0,250 s.

2 Una bobina circular de alambre de 25 vueltas tiene un diámetro de 1 m. La bobina se

coloca con su eje a lo largo de la dirección del campo magnético de la tierra de 50 μT y

luego en 0,200 s. Se gira 180 grados. Cual es la fem promedio generada en la bobina

3. Un poderoso electroimán produce un campo uniforme de 1,6 T sobre un área de sección

transversal de 0,2 m2. Alrededor del electroimán se coloca una bobina que tiene 200 vueltas

y una resistencia total de 20 Ω. Luego la corriente en el electroimán disminuye suavemente

hasta que alcanza cero en 20 ms. Cual es la corriente inducida en la bobina

4. Hay un campo magnético de 0,2 T dentro de un solenoide que tiene 500 vueltas y un

diámetro de 10 cm. Cuan rápidamente (es decir, dentro de que periodo) debe el campo

reducirse a cero si la fem inducida promedio dentro de la bobina durante este intervalo de

tiempo sera 10 kV?

5. Una espira circular de 0,2 m de radio se situa en su campo magnético uniforme de 0,2 T

con su eje paralelo a la dirección del campo. Determine la fem inducida en la espira si en

0,1 s y de manera uniforme: a) Se duplica el valor del campo, b) Se reduce el valor del

campo a cero. c) Se inserte el sentido del campo y d) Se gira la espira un angulo de 90° en

torno a un eje de diametral perpendicular a la dirección del campo magnético.

Ejercicios

Page 80: Induccion electromagnetica

6. Un solenoide 200 vueltas y de sección circular de diámetro 8cm esta situado en un

cuerpo magnético uniforme de valor 0,5 T, cuya dirección forma un angulo de 60° con el

eje del solenoide. Si en un tiempo de 100 ms disminuye el valor del campo magnético

uniformemente a cero determinar, a) El flujo magnético que atraviesa inicialmente el

solenoide b) La fem inducida en dicho solenoide.

7. Una espira circular de radio r = 5 cm y resistencia 0,5 Ω se encuentra en reposo en una

región del espacio con campo magnético B = Bok, siendo Bo= 2 T y k el vector unitario en

la dirección Z. A partir de un instante t = 0 la espira comienza a girar con velocidad

angular ω =π rad/s en torno a un eje diametral. Se pide a) La expresión del flujo magnético

a traves de la espira en función del tiempo t, para t ≥ 0; b) La expresión de la corriente

inducida en la espira en función de t.

8. Sea un campo magnético uniforme B dirigido en el sentido positivo en el eje Z. El

campo solo es distinto de cero en una región cilíndrica de radio 10 cm cuyo eje es el eje Z

y aumente en los puntos de esta región a un ritmo de 10-3 T/s. Calcular la fuerza

electromotriz inducido en una espira situada en el plano XY y efectue un esquema grafico

indicando el sentido de la corriente inducida en los dos casos siguientes: a) espira circular

de 5 cm de radio centrado en el origen de coordenadas, b) espira cuadrada de 30 cm de lado

centrado en el origen de coordenadas.

9. Una barra metalica de longitud L gira por un extremo dentro de un campo magnético

uniforme perpendicular al plano de giro. Explicar que sucede. ¿Y si girara por el centro?

Ejercicios

Page 81: Induccion electromagnetica

10. Por una bobina de 400 espiras circula una corriente de 2 A que da lugar a un flujo de

10-4 Wb. Calcular a) el valor medio de la fem inducida en la bobina si se interrumpe la

corriente en 0,8 s, b) la autoinduccion de la bobina y c) la energia almacenada en el campo

magnetico

11. Dos bobinas A y B de 200 y 800 espiras respectivamente, se colocan uno al lado de la

otra. Por la bobina A se hace circular una corriente de intensidad 2ª, produciendo en ella

un flujo de 2,5x10-4 Wb y en la B uno de 1,8x10-4 Wb. Calcular a) la autoinduccion en A,

b) la inductancia mutua de A y B y c) el valor medio de la fem inducida en B cuando se

interrumpe la corriente de A en 0,3s.

12. Una bobina de 15 Ω de resistencia y 0,6 H de autoinduccion se conecta a una linea de

220 V de CC. Calcular la variacion de la corriente que circula por la bobina a) en el

instante de conectarla a la linea, b) en el instante en que la corriente es igual al 80% de su

valor maximo.

13. Calcular la autoinduccion de una bobina formada por 300 espiras de alambre arrolladas

sobre un anillo de madera de 10 cm2 de area y 40 cm de circunferencia media.

Ejercicios