Practico 8

 Ingeniería Electrónica Electrónica con Orientación en Sistemas Digitales.

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FÍSICA II

UNIDAD 5: Ley de Faraday. Fuerza Electromotriz Inducida .Inductancia  PRÁCTICO DE AULA N° 8 PREGUNTAS

1) Demuestre que 1 volt = 1 weber /segundo. 2) ¿Puede una partícula cargada en reposo ponerse en movimiento por la acción de un campo magnético? Si no, ¿por qué no? De ser así, ¿cómo? Considérense campos tanto estáticos como variables en el tiempo. 3) El polo norte de un imán se mueve alejándose de un anillo metálico conductor. ¿En qué sentido aparece la corriente inducida en el anillo? 4) ¿Cuál es la dirección de la corriente inducida a través del resistor R en la figura a) inmediatamente después de haber sido cerrado el interruptor S; b) algún tiempo después de haber cerrado el interruptor S, y c) inmediatamente después de que haya sido abierto el interruptor S? d) Cuando el interruptor S se mantiene cerrado ¿cuál extremo de la  bobina más larga funciona como polo polo norte?

i

v

5) En la figura el segmento recto de alambre móvil se desplaza hacia la derecha a velocidad constante v. En la dirección mostrada aparece una corriente inducida. ¿Cuál es la dirección del campo magnético uniforme (supuesto como constante y perpendicular a la página) en la región A?

i

PROBLEMAS

1) Una antena circular de televisión de UHF (frecuencia ultra alta) tiene un diámetro de 11.2 cm. El campo magnético de una señal de TV es normal al plano de la espira y, en un instante de tiempo, su magnitud está cambiando a razón de 157 mT/s. La variación del campo es uniforme. Halle la fem en la antena.

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2) En la figura el flujo magnético a través de la espira mostrada aumenta gradualmente de acuerdo con la relación ΦB = 6t2  +7t, . ΦB  está en miliwebers y t está en segundos. a) ¿Cuál es el valor . absoluto de la fem inducida en la espira cuando t = 2.0 s? b) ¿Cuál es . dirección de la corriente que pasa por el resistor?

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. . donde .

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R

B

la

3) Un campo magnético uniforme es normal al plano de una espira circular de 10.4 cm de diámetro hecha de alambre de cobre (diámetro = 2.50 mm). a) Calcule la resistencia del alambre. b) ¿A qué velocidad debe cambiar con el tiempo el campo magnético si se quiere una corriente inducida de 9.66 A en la espira?

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4) El solenoide largo S de la figura tiene 220 vueltas/cm, su diámetro es de 3.2 cm. En su centro colocamos una bobina C de 130 vueltas bien apretadas de diámetro 2.1 cm. Supongamos que la corriente en el solenoide cambia de acuerdo con i = 3.0 t +1.0 t 2, donde i está en amperes y t en segundos. a) Grafique la fem inducida en la bobina desde t = 0 hasta t = 4 s. b) La resistencia de la  bobina C es de 0.15 Ω ¿Cuál es la corriente en la bobina en t = 2.0 s? S

i

Eje C

i

5) Tenemos un alambre de cobre de 52.5 cm (diámetro 1.10 mm). Éste tiene la forma de una espira circular y está situado en ángulo recto con un campo magnético uniforme que está aumentando con el tiempo a una velocidad constante de 9.82 mT/s. ¿A qué velocidad se genera la energía interna en la espira? 6) Un solenoide largo tiene un diámetro de 12.6 cm. Cuando pasa una corriente i por sus devanados, se produce en su interior un campo magnético uniforme B = 28.6 mT. La disminución de i, causa que el campo disminuya a razón de 6.51 mT/s. Calcule la magnitud del campo eléctrico inducido a) a 2.20 cm y b) a 8.20 cm del eje del solenoide. 7) La figura muestra dos regiones circulares R1 y R2 con radios r 1  = 21.2 cm y r 2  = 32.3 cm, respectivamente. En R1 existe un campo magnético uniforme de B 1 = 48.6 mT hacia adentro de la  página y en R2 existe un campo magnético uniforme de B 2 = 77.2 mT hacia fuera de la página (haga caso omiso de cualquier efecto de borde de estos campos). Ambos campos están decreciendo a razón de 8.50 mT/s. Calcule la integral ∫ E.ds para cada una de las tres trayectorias indicadas.

X X X X X X X R1

......... .. R2

8) Una inductancia de valor L = 10 henrys, lleva una corriente estable de 2 A.¿ Qué puede hacerse  para que se forme en la inductancia una fem autoinducida de 100 volts? 9) La corriente en un circuito LR aumenta hasta 1/3 de su valor de régimen constante en 5 seg. ¿Cuál es la constante de tiempo inductiva? 10) Se aplica de repente una diferencia de potencial de 50 volts a una bobina de L = 50 mh y R = 50 Ω.¿ Con que rapidez aumentará la corriente después de transcurrido 10 -3 seg?

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PREGUNTAS COMPLEMENTARIAS

1) En la ley de la inducción de Faraday, ¿depende la fem inducida de la resistencia del circuito? De ser así, ¿cómo? 2) Dos anillos conductores están frente a frente separados por una distancia D. Un observador los mira a lo largo de un eje común a ambos. Si se hace pasar una corriente i en el sentido horario en el anillo más cercano al observador a) cuál es la dirección de la corriente inducida en el otro anillo. b) ¿Existe una fuerza sobre este anillo? PROBLEMAS COMPLEMENTARIOS

1) Una espira circular hecha de un material elástico conductor estirado tiene un radio de 1.23 m. Está situada con su plano en ángulo recto con un campo magnético uniforme de 785 mT. Cuando se suelta, el radio de la espira comienza a disminuir a una velocidad instantánea de 7.5 cm/s. Calcule la fem inducida en la espira en ese instante. 2) Generador de corriente alternada.Una bobina rectangular de N vueltas, longitud a y ancho b gira a una frecuencia  f  en un campo magnético B uniforme. a) Demostrar que aparece en la espira una fem inducida dada por la siguiente expresión: ε(t)

= 2π  fNabBsen(2π f t) = ε0 sen(2π f t)

 b) En este principio se basa el generador de corriente alterna. Realice una gráfica cualitativa de ε(t) vs t para un período t = T = 1/ f . c) Proyectar una bobina que produzca una máxima fem ε0 = 150 volts cuando se haga girar a razón de 60 rev/seg en un campo magnético de 5000 gauss. 3) En la figura, una barra conductora AB de longitud L=50 cm, hace contacto con los rieles metálicos de manera que la resistencia total del circuito es de 0.4 Ω (suponerla constante). El conjunto se encuentra en un campo magnético uniforme de valor 1weber/m 2 cuya dirección es  perpendicular a la hoja y sentido entrante. a) Cuál es la magnitud y dirección de la fem inducida en la barra cuando se mueve hacia la izquierda con velocidad v=8 m/seg. b) ¿Qué fuerza se requiere  para conservar la barra en movimiento? c) Comparar la rapidez con que hace trabajo la fuerza externa calculada en b) con la rapidez con que se está desarrollando calor en el circuito. A

v

B