en una bobina de material conductor és:En aquesta pràctica fareu un experiment que us pot ajudar a comprendre el fenomen de la inducció electromagnètica, utilitzant materials d'ús habitual al laboratori. Fonamentalment, es tracta de fer lliscar un imant en forma d'anell per una vareta de vidre que està en posició vertical i que al seu punt mig conté una bobina. Depenent de l'altura de sortida de l'imant tindrem diferents velocitats i diferents voltatges induïts.
Fareu una experiència relacionada amb la llei de Faraday-Lenz.
Aquesta llei ens diu que el voltatge induït
en una bobina de material conductor és:
És a dir, la variació del flux magnètic 
respecte del temps dóna el voltatge induït. El signe menys indica
que el voltatge induït s'oposa a la causa que el produeix (llei de Lenz).
El flux magnètic a través de la bobina és igual al producte
del camp per la superfície del conjunt d'espires NS.
Per tant, quan derivem tenim:
El primer terme és igual a zero, ja que la superfície és la d'una bobina en repòs i per tant és constant. Si tenim en compte que l'imant es mou amb una trajectòria rectilínia x(t) tindrem B(x(t)) , i aplicant la regla de la cadena
És a dir, el voltatge induït és, amb la posició
fixada , proporcional a la velocitat. Si x
és la posició de l'imant respecte de la bobina, hi haurà
una posició per a la qual el voltatge induït arriba al seu valor
màxim, 
. Aquesta posició és pràcticament independent de la velocitat
o altura des de la que es deixa anar l'imant. Així, podem dir que el
voltatge màxim que es troba quan l'imant passa per una posició
determinada és una constant per la velocitat que té l'imant en
aquesta posició:
serà molt aproximadament el valor que tindria en arribar a la bobina
si la caiguda fos lliure, és a dir, sense bobina. Si h
és l'altura respecte de la bobina des de la qual deixem anar l'imant
, 
.
Fixeu el tub de vidre amb un suport i amb l'ajuda de dues pinces de manera
que quedi en posició perfectament vertical, marqueu amb un retolador
altures de 10 cm
a partir del nivell de la bobina. La bobina feu-la aguantar amb un altre suport
i una pinça, independents dels primers, i al final del tub de vidre poseu-hi
un tros de cordó de tela que esmorteirà el cop i evitarà
que es trenqui l'imant.
Connecteu els extrems de la bobina a una resistència Rr
i, en paral·lel, a un oscil·loscopi. L'oscil·loscopi mesurarà
Vr
. Si la resistència de la bobina és Rb,
podem trobar aplicant
la llei d'Ohm segons
 |
(8) |
Deixeu anar l'imant de les diferents altures que heu marcat i llegiu el voltatge
màxim Vrmax
, i amb (8) trobeu.
Amb els valors de h
podeu trobar i
completar la taula següent:
| h
(m) |
(m1/2) |
Vrmax
(V) |
(V) |
(m/s) |
0,1
|
||||
0,2 |
||||
0,3 |
||||
0,4
|
||||
0,5 |
||||
| 0,6 |
Amb aquestes dades feu la representació gràfica 
i 
.
A partir de les dades i dels gràfics obtinguts responeu a les qüestions següents:
1) Quina relació de dependència
es pot deduir de la gràfica entre velocitat,,
i .
Es compleixen les previsions fetes a l'apartat de fonaments teòrics?
2) Quina relació de dependència
es pot deduir de la gràfica entre i
? Es
compleixen les previsons fetes a l'apartat Fonament teòric?
3) Si posem dos imants junts, què
creus que passarà si doblem el camp magnètic de l'imant?.
4) Què creus que passarà
si girem l'imant, canviant la polaritat nord-sud?.
5) Què creus que passaria si augmentéssim la massa de l'imant amb un material diamagnètic?
6) A partir dels resultats, calcula quina
velocitat hauria d'assolir l'imant en passar per la bobina per produir un voltatge
de 106 V.
7) A partir dels resultats, calcula quantes
voltes hauria de tenir la bobina per produir un voltatge màxim de 106
V.
8) Què et sembla que representarien
les gràfiques que ens dóna l'oscil·loscopi voltatge/temps
si calculéssim l'àrea o les integréssim?.
9) Explica com interpretes els canvis
de pendent que podem observar en les imatges obtingudes amb l'oscil·loscopi.
10) Quan a la bobina s'hi indueix el corrent, augmenta l'energia. D'on creus que prové aquesta energia?
11) A què creus que és
degut que la velocitat de l'imant no sigui, en realitat, exactament igual a
la que correspon segons la caiguda lliure?
12) El sentit del corrent induït té res a veure amb la conservació de l'energia?
Autor d'aquesta pągina: Basili Martínez, professor de física i química a l'IES Miquel Martí i Pol de Roda de Ter.
Aquesta
obra estą subjecta a una
Llicčncia
de Creative Commons
