FEM inducida en una barra que se mueve a través de un campo magnético | Khan Academy en Español
Summary
TLDREl script describe un experimento donde un campo magnético constante emerge de un anillo y se mueva a través de él un cilindro, lo cual altera el flujo magnético y produce una fuerza electromotriz. La velocidad del cilindro, representada por 'v', y su longitud 'l' son factores clave en este fenómeno. La Ley de Faraday es aplicada para calcular la fuerza electromotriz inducida, que es proporcional a la longitud del cilindro, la velocidad de su movimiento y la magnitud del campo magnético perpendicular a la superficie. La dirección de la corriente inducida se deduce usando la regla de la mano derecha, resultando en un campo magnético inducido en sentido contrario al cambio en el flujo para cumplir con la ley de conservación de la energía. Este concepto es fundamental en la física y se utiliza para entender cómo se generan fuerzas electromotrices en presencia de campos magnéticos cambiantes.
Takeaways
- 🧲 El campo magnético es constante y emerge de la superficie de un anillo.
- 🔵 La magnitud del campo magnético en cualquier punto de la superficie es 'V'.
- 🚀 Un cilindro en la parte derecha del circuito puede moverse hacia la derecha con una velocidad 'v'.
- 📏 El cilindro tiene una longitud 'L'.
- 🔄 El movimiento del cilindro cambiará el área contenido en el circuito, provocando un cambio en el flujo magnético.
- 🌀 La ley de Faraday indica que un cambio en el flujo magnético induce una fuerza electromotriz (EMF).
- ⚡ La fuerza electromotriz inducida es proporcional al número de circuitos (n=1 en este caso) y al cambio en el flujo magnético con el tiempo.
- 📐 El cambio en el área a través del tiempo es determinado por la distancia recorrida por el cilindro multiplicado por su longitud.
- ↕ La barra se mueve perpendicular al campo magnético original, lo que es crucial para el cambio en el área.
- 🔢 La fórmula para el cambio de flujo con el tiempo se simplifica a L * v * B, donde 'L' es la longitud, 'v' la velocidad y 'B' el campo magnético.
- ➡ La dirección de la corriente inducida se determina por la regla de la mano derecha, y debe ser opuesta al cambio en el flujo para no violar la ley de conservación de energía.
- 🔄 El campo magnético inducido por la corriente tiene que ir en sentido opuesto al cambio de flujo, lo que en este caso, hace que la corriente circule en sentido horario.
Q & A
¿Cuál es la magnitud del campo magnético en cualquier punto de la superficie del anillo?
-La magnitud del campo magnético en cualquier punto de la superficie del anillo es 'V'.
¿Qué sucede cuando se mueve el cilindro hacia la derecha en la parte derecha del circuito?
-Al mover el cilindro hacia la derecha, se produce un cambio en el área contenido por el circuito, lo que provoca un cambio en el flujo magnético.
¿Cómo se deduce que se inducirá una fuerza electromotriz en el circuito?
-Según la ley de Faraday, cualquier cambio en el flujo magnético a través de un circuito cerrado induce una fuerza electromotriz.
¿Cuál es la relación entre el número de circuitos (n) y la fuerza electromotriz inducida?
-El número de circuitos (n) es un factor que multiplica la fuerza electromotriz inducida. En este caso, n es igual a 1.
¿Por qué la fuerza electromotriz inducida causa una corriente que viaja en una dirección específica en el circuito?
-La fuerza electromotriz inducida causa una corriente que viaja en el circuito en la dirección opuesta al cambio en el flujo magnético para cumplir con la ley de conservación de la energía.
¿Cómo se calcula el cambio en el área a lo largo del tiempo?
-El cambio en el área se calcula multiplicando la distancia recorrida por la barra (que es la longitud de la barra multiplicado por la velocidad) por el tiempo transcurrido.
¿Cómo se relaciona la velocidad (v) del cilindro con el cambio en el flujo magnético?
-El cambio en el flujo magnético está directamente proporcional a la velocidad (v) con la que se mueve el cilindro, considerando que el campo magnético es constante.
¿Cómo se determina la dirección de la corriente inducida en el circuito?
-La dirección de la corriente inducida se determina aplicando la regla de la mano derecha, donde el pulgar indica la dirección de la corriente y los dedos indican la dirección del campo magnético inducido.
¿Por qué la corriente inducida no puede viajar en la misma dirección que el campo magnético original?
-Si la corriente inducida viajara en la misma dirección que el campo magnético original, aumentaría el cambio en el flujo, lo que violaría la ley de la conservación de la energía.
¿Cómo se describe el movimiento del cilindro en relación con el campo magnético?
-El cilindro se mueve de manera perpendicular al campo magnético original, lo que es crucial para el cambio en el área y, por tanto, en el flujo magnético.
¿Cuál es la fórmula que describe la fuerza electromotriz inducida en función de la barra que se mueve perpendicular al campo magnético?
-La fórmula es L * B * (dL/dt), donde L es la longitud de la barra, B es el campo magnético y (dL/dt) es la tasa de cambio de la longitud del área a lo largo del tiempo.
Outlines
🧲 Campo Magnético y Fuerza Electromotriz
Este párrafo discute la configuración de un campo magnético constante generado por un anillo y su interacción con un cilindro móvil. Se describe cómo el movimiento del cilindro a una velocidad 'v' en una dirección perpendicular al campo magnético induce un cambio en el flujo magnético a través de la superficie del anillo. Este cambio de flujo es la fuente de una fuerza electromotriz, la cual se calcula aplicando la ley de Faraday. La fuerza electromotriz inducida es negativamente proporcional al número de circuitos 'n', en este caso 'n' es igual a 1. Además, se destaca la importancia de la dirección de la fuerza electromotriz y cómo el campo magnético inducido por la corriente actúa en sentido contrario al cambio de flujo para cumplir con la ley de conservación de energía.
🔄 Dirección de la Corriente Inducida
Este párrafo se enfoca en la dirección de la corriente inducida por el campo magnético y cómo esta es determinada por el cambio en el área a través del cual fluye el campo. Se utiliza la fórmula de Faraday para calcular la fuerza electromotriz inducida, que está directamente proporcional a la longitud 'l' del cilindro, la magnitud del campo magnético 'B', y la velocidad 'v' del movimiento. Además, se aplica la regla de la mano derecha para determinar la dirección de la corriente inducida, la cual debe ser en sentido horario para que el campo magnético inducido actúe en sentido contrario al cambio de flujo y así conservar la energía. Se enfatiza que la corriente inducida generará un campo magnético opuesto al cambio de flujo original, lo que garantiza que la energía se conserve.
Mindmap
Keywords
💡Campo magnético
💡Flujo magnético
💡Inducción electromotriz
💡Ley de Faraday
💡Cilindro
💡Velocidad
💡Longitud (l)
💡Resistencia
💡Regla de la mano derecha
💡Conservación de la energía
💡Dirección de la corriente
Highlights
Configuración de campo magnético constante saliendo de un anillo.
Magnitud del campo magnético es 'V' en cualquier punto de la superficie del anillo.
Un cilindro en la parte derecha del circuito puede girar hacia la derecha con velocidad 'v'.
La longitud del cilindro es 'L'.
Cambio en el flujo magnético debido al movimiento del cilindro.
El cambio en el área del circuito causa un cambio en el flujo magnético.
Cambio en el flujo magnético induce una fuerza electromotriz o voltaje en el circuito.
La ley de Faraday relaciona el cambio de flujo con la fuerza electromotriz inducida.
Número de circuitos (n) en la ley de Faraday es 1 en este caso.
La fuerza electromotriz induce una corriente que viajan en el circuito.
La corriente inducida genera un campo magnético en sentido contrario al cambio en el flujo.
El cambio en el área es la distancia recorrida por la barra multiplicada por su longitud (L).
La corriente inducida se mueve en sentido horario debido a la regla de la mano derecha.
La corriente no puede aumentar el campo magnético original para no violar la ley de conservación de la energía.
El campo magnético inducido por la corriente tiene que ir en el sentido opuesto al cambio de flujo.
La fórmula l por B dl por V se encuentra en muchas clases de física y es fundamental para entender la inducción electromagnética.
La dirección de la corriente inducida es determinada por el cambio en el flujo magnético y la ley de conservación de la energía.
Transcripts
aquí tenemos una configuración
interesante tengo un campo magnético que
es constante y sale directamente de la
superficie formada por este anillo la
magnitud del campo magnético en
cualquier punto de esta superficie es ve
y lo interesante de aquí es que en la
parte derecha de este circuito o anillo
que tenemos se puede mover pueden
imaginarse que es un cilindro que puede
girar hacia la derecha la magnitud de su
velocidad vamos a llamarla v minúscula y
este cilindro tiene una longitud de
tamaño l
con esta configuración podemos darnos
cuenta de que vamos a tener un cambio en
el flujo magnético porque vamos a tener
este cambio porque vamos a tener este
cambio de campo magnético a través de la
superficie pues porque si esta barra la
podemos mover hacia la derecha y la
movemos a la derecha con una velocidad v
aún cuando el campo magnético en sí
mismo es constante con esto vamos a
estar cambiando el área el área
contenida por este circuito y esto nos
va a dar un cambio en el flujo y siempre
que tengamos un cambio en el flujo nos
va a inducir una fuerza electromotriz o
un voltaje en este circuito que a su vez
ocasionará que haya un flujo de
corriente
ahora pensemos cuál va a ser esta fuerza
electromotriz inducida y vamos a
reescribir la ley de faraday aquí que es
menos n por el cambio en el flujo entre
el cambio en el tiempo
n se refiere al número de circuitos que
tenemos en este caso n va a ser igual a
1
y el signo negativo el cual ya me he
quejado en vídeos anteriores simplemente
sirve para recordarnos usar las
matemáticas correctas cuando no estamos
trabajando con matemáticas de vectores
específicamente es simplemente para
recordarnos que esta fuerza
electromotriz va a ocasionar una
corriente que viajará en este circuito y
cuyo campo magnético inducido por esta
corriente va a ir en la dirección
opuesta de nuestro cambio en el flujo
así que realmente lo que aquí nos
interesa es el cambio del flujo entre el
cambio en el tiempo que va a ser igual a
esto bueno aquí vamos a escribir el
cambio en el flujo y va a estar dividido
entre el cambio en el tiempo
bueno en este caso nuestro cambio en el
flujo va a ser igual al cambio en la
magnitud de nuestro campo magnético que
va a perpendicular a la superficie
multiplicado por el área de nuestra
superficie dividido entre nuestro cambio
en el tiempo esto que va a ser igual
bueno es constante no va a cambiar en el
tiempo así que el cambio en b va a ser
igual a b x nuestro cambio en el área y
esto lo dividimos entre el cambio en el
tiempo cuál va a ser nuestro cambio en
el área digamos que hay un cambio en el
tiempo cuál será el cambio en el área
durante este cambio de tiempo digamos
que transcurren unidades de tiempo que
tan lejos se va a mover esta barra
durante del tate ya conocemos la
magnitud de nuestra velocidad si
multiplicamos la magnitud de nuestra
velocidad por el cambio en el tiempo nos
va a dar la distancia así que nuestro
cambio en el área va a ser esta
distancia que viajó la barra
por la longitud de la misma barra así
que nuestro cambio en el área que es
esta que estoy señalando aquí el cambio
en área durante este tiempo va a ser la
distancia que recorre esta barra y noten
que esta barra se está moviendo de
manera perpendicular a la dirección del
campo magnético original esto es algo
importante de notar así que nuestro
cambio en área va a ser esta distancia
multiplicado por la longitud de la barra
que es l
esto es nuestro cambio en el área y
podemos sustituir esto en nuestra
fórmula de aquí arriba
esto va a ser igual a nuestra vez aquí
abajo tenemos el cambio en el tiempo y
dijimos que nuestro cambio en el área es
y permítanme reacomodarlo de esta manera
va a ser igual a la longitud de nuestra
barra multiplicado por la magnitud de
nuestra velocidad multiplicado por el
cambio en el tiempo bueno el cambio en
el tiempo de aquí arriba se cancela con
el cambio en el tiempo de aquí abajo así
que el cambio de flujo en este cambio en
el tiempo o el promedio la tasa de
cambio de flujo se simplifica como la
longitud de nuestra barra multiplicado
por la magnitud de la velocidad a la que
se está moviendo esta barra multiplicada
por la magnitud de nuestro campo
magnético el cual es perpendicular a la
superficie y esta fórmula se le van a
encontrar varias veces en sus clases de
física toda esta noción de si tenemos
una barra que se mueve en una dirección
perpendicular al campo magnético va a
inducir una fuerza electromotriz
l por b dl por v por b así que esta
fórmula sale directamente de la ley de
faraday y ustedes pueden decirme bueno
si esto es lo que está ocurriendo cuál
va a ser la dirección en la que se va a
mover esta corriente bueno si el campo
magnético no está cambiando sino que es
el área a la que está aumentando el
flujo va a aumentar con dirección hacia
arriba así que podemos decir que el
flujo se incrementa en esta dirección
por lo que la magnitud de la corriente
inducida va a estar en función de qué
tanta resistencia tenemos aquí pero la
corriente va a inducir un campo
magnético que va en sentido contrario al
cambio en el flujo así que si la
corriente fuera en esta dirección
qué va a pasar pues aplicó la regla de
la mano derecha aquí voy a tener mi
pulgar señalando la dirección de la
corriente y si cierro mis dedos estos
van a señalar la dirección del campo
magnético inducido por esta corriente y
si esto fuera en esta dirección el campo
magnético inducido tendría la misma
dirección que el campo magnético
original se agregaría a este lo que
aumentaría el cambio en el flujo que
está pasando por aquí y ya habíamos
mencionado que esto violaría la ley de
la conservación de la energía así que la
corriente tiene que ir en la dirección
contraria y en este caso va a ir en
sentido horario
recuerden que la corriente me va a
inducir un campo magnético si yo en este
sentido aplico mi regla de la mano
derecha el campo magnético inducido por
esta corriente va a ir en dirección
opuesta al cambio de flujo recuerden que
estamos analizando esta área si esta
área aumenta nuestro cambiará el flujo
también va a aumentar vamos a tener una
mayor cantidad de campo magnético que va
hacia arriba que está contenido en esta
área
así que el campo magnético inducido por
la corriente inducida tiene que ir en el
sentido opuesto a este aumento en el
flujo
así que en este caso la corriente tiene
que ir en sentido horario
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