EJERCICIO RESUELTO INDUCCIÓN MAGNÉTICA
EJERCICIO RESUELTO F2BE1956 DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA. FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA. FÍSICA 2º BACHILLERATO:
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FORMA PARTE DEL PROCESO Y LOS MATERIALES DETERMINADOS POR LA PROGRAMACIÓN DIDÁCTICA: FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO: DESARROLLO DE LA ASIGNATURA
EJERCICIO F2BE1956 DE INDUCCIÓN MAGNÉTICA:
La barra conductora de la figura se desplaza sobre dos hilos igualmente conductores con una velocidad de 40 cm/s. La barra mide 20 cm y se encuentra dentro de un campo magnético de 0,5 T, dirigido hacia el interior del papel. Hallar:
a.- La fuerza magnética que actúa sobre un electrón de la barra.
b.- El campo eléctrico en el interior de la barra.
c.- La fuerza electromotriz inducida a causa del movimiento de la barra
DATOS: qe-=1,6·10-19 C
RESOLUCIÓN DEL EJERCICIO:
APARTADO A, DE LA FUERZA MAGNÉTICA:
El siguiente dibujo es un trozo del conductor, para facilitar la identificación de los elementos:
Como consecuencia del movimiento del conductor (que está dentro de un campo magnético), los electrones (cargas negativas) que lo constituyen se verán sometidos a una fuerza magnética, descrita por la ley de Lorenz:
Que según el esquema propuesto está dirigida hacia abajo del conductor, tal y como indica el dibujo (flecha azul) por las propiedades del producto vectorial de velocidad y campo magnético para cargas negativas.
El valor de la fuerza, el módulo, que es lo que nos piden en este apartado, pasando la velocidad a m/s y teniendo en cuenta que la velocidad es perpendicular al campo magnético (ángulo igual a 90º):
APARTADO B, DEL CAMPO ELÉCTRICO EN EL INTERIOR DE LA BARRA:
La fuerza magnética desplaza los electrones en el interior de la barra, produciendo una distribución desigual de carga (carga negativa en la parte inferior de la barra y positiva en consecuencia en la parte superior) que da lugar a un campo eléctrico, cuyo valor podemos calcular ya que cuando se llega al equilibrio la fuerza magnética iguala a la eléctrica de valor:
APARTADO C, DE LA FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA:
Según la ley de Faraday, la fuerza electromotriz inducida:
Teniendo en cuenta que el flujo de campo magnético:
Nos queda que para este caso en el que varía la superficie expuesta de la espira y que el campo magnético es constante:
Como además, el campo magnético B es perpendicular a la superficie de la espira, el ángulo que forman los vectores B y S es de cero grados y su coseno entonces vale 1:
La superficie de la espira es L · L’ (base por altura) y si bien el término L es constante, el término L’ varía a cuenta de la velocidad:
Teniendo en cuenta que velocidad es igual a espacio partido por el tiempo:
Como la Superficie:
Entonces, la fuerza electromotriz inducida, en valor absoluto:
