Seis Aplicaciones de La Ley de Lenz

Seis aplicaciones de la ley de Lenz RESUMEN: Esta ponencia esta enfocada a demostrar experimentalmente la ley de Lenz y comprobar que noes lo mismo fuerza electromotriz inducida que corriente inducida, para demostrarlo lo hago conseis experimentos de bajo costo y equipamiento.Antes de efectuar la demostración, doy una breve explicación de lo que es una fuerza electromotrizy co rrient e inducida, para diferenciar la ley de Fara day con la ley de Lenz. Posteriormente,desarrollo cada experimento con su montaje, partes emp le ada s y a l fin al del mis mo una bre ve expli explica caci ción ón de lo que que real realme ment nte e ocu ocurr rre.El e.El primer experimento, experimento, se refiere a la demostración clásica demostrativa demostrativa de la ley de Le nz , la segunda, segunda, tercera tercera y cuarta explica explica que la inducción inducción de una corriente corriente no es exclusiva exclusiva en las bobinas,sino también incluye a los cuerpos sólidos y líquidos metálicos, el quinto experimento, se lleva acabo produciendo un campo electromagnético con corriente alterna para observar el efecto que seproduce entre la bobina fija y una móvil, y la última se aplica en el frenado dinámico de los motorescon rotor tipo jaula de ardilla. SEIS APLICACIONES DE LA LEY DE LENZ Objetivo: Implementar seis formas de demostrar experimentalmente la ley de Lenz en el laboratorio de física con equipo de bajo costo y demostrar que no es lo mismo f.e .m. in duc id a ycorrien ycorriente te induc inducid ida a Introducción: El estudio experimental de la ley de Lenz, nos lleva, por lo general a la definición dela misma y a escribir el signo menos en la ley de Faraday, sin demostrarla en el laboratorio, es por esta razón que me di a la tarea de explicar con detalle seis formas diferentes de comprobar estaley partiendo de que generalmente expresa expresa que el signo negativo se origina en que la corrienteinducida corrienteinducida o la f.e.m., f.e.m., se oponen a la variación de flujo de campo magnético a través de la espira,esto es incorrecto ya que la corriente inducida es una magnitud diferente de la magnitud rapidez de variación de flujo de campo magnético y esto no corresponde a oposición cuan cu an do el fl uj o de l campo campo varia varia a trav través és de una espira espira,, existe una corrien iente ind inducida que no se opone a esa variacións ións i n o q u e c i r c u l a e n s e n t i d o adecuado p a r a q u e g e n e r e u n f l u j o v a r i a b l e e n e l t i e m p o y algebraicamente contrario a la variación del flujo inductor, porque si la corriente inducida tuvieradirección opuesta, la fuerza resultan te sobre el conductor móvi l lo haría moverse cada vez más rápid ápido, o, violando la conservación de la energía. Desarrollo:

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Fuerza electromotriz electromotriz inducida (f.e.m.).- Si los terminales de una bobina aislada s e co co n e c t a n a u n g a l v a n ó m e t r o y s e e s t a b l e c e u n c a m p o m a g n é t i c o a t r a v é s de es a bo bi na ,introduciend ,introduciendo o un imán imán de barra barra dentro dentro de ella ella o por por otro medio medio cual cu al qu ie ra , se ob se rvar rv ar á qu e el galvan galvanómet ómetro ro defl deflexi exiona ona rápidam rápidament ente, e, volv volvien iendo do ense ensegui guida da a cero. Ello indica que, temporalmentese ha inducido una f.e.m. en la bobina, la dirección es tal que si la f.e.m . produce una corriente ,ésta tenderá a despedir fuera de la bobina la barra imantada o a oponerse a su entrada.Si separamos el imán de la bobina, se observará que el galvanómetro galvanómetro deflexiona en di re cc ió n opuesta opuesta a la que tenía en el primer primer caso, la dirección dirección de la f.e.m. f.e.m. inducida inducida es ahora tal que produceun flujo de corriente, la cual tiende a evitar que el imán se separe de la bobina. La f.e.m. en amboscasos es momentánea y cesa cuando cesa la variación de flujo en la bob in a. Si se efe ctú a una medi medida da cuida cuidados dosa a el el valo valorr de de est esta a f.e.m . depende de: 1)el número de espiras de la bobina, 2)delritmo según el cual varia el flujo ligado a la bobina. El hecho de que las corrientes producidas por inducción son opuestas a la causa que la produce, tal principio se manifiesta en todos los tipos demaquinaria eléctrica. Fué por primera vez enunciado por Friedrich Emil Em il Le nz (1 80 4- 18 65 ), en forma forma conoc conocida ida por por “Ley “Ley de Lenz Lenz”, ”, que que dice: dice: “En “En todos todos los los casos casos de indu inducc cció ión n ele elect ctro roma magn gnét étic ica, a,las las fuer zas elec tromo trice s indu cida s tien e un sent ido tal que las corrientes que producen sonopuestas a la causa que la origina”. Esta ley se basa en la conservación de la energía. Esto es, lascorrientes inducidas están producidas a expensas de la energía mecánica requerida para introducir el imán dentro de la bobina contra su oposición, o bien, de la energía precisa para separar el imánde la bobina, contra la oposición que origina las corrientes inducidas. Primer experimento.Para efectuar la primer demostración de la Ley de Lenz, se requiere de unimán recto de 0.8cm x 1.2cm x 10cm aproximadam aproximadamente ente y 20 cm de de tubo de pvc pvc de ½” de diámetro,una diámetro,una bo bi na de 1 espira cerrada de 3 cm de diámetro de alambre de cobre de calibre no. 20, unsoporte universal. Coloque la bobina, y el tubo tal como se muestra en la figura no.1. Introduzca elimán en la parte en el tubo a velocidad constante, espere un momento y sáquelo, obse observ rve e lo que que lepa lepasa sa a la bobi bobina na en en ambo ambos s caso casos.Expli s.Expli cac ión : Cua ndo el imá n se ace rca a la espira, la corriente que induce en ésta hace que secomporte como un pequeño imán con su polo norte norte y sur sur a cada cada lado de la bobina y como polosi polosi gu al es se repelen y polos opuestos se atraen, el momento magnético inducido en la



En es ta d emo stra ció n se req uie re d e un imá n de her rad ura muy poderoso con dimensiones aproximadas de 6cm x 6cm x 6cm. una lámina de aluminio seccionada,un soporte universal. Suspenda la placa de aluminio en el eje tal como se indica en la figura no. 2.Haga balancear la placa, observe las amplitud de la oscilación, introduzca el imán de he rr ad ur a entre la placa placa y observe que la amplitud amplitud de la oscilación oscilación se reduce reduce y se extingue extingue muy rápidamente.Fig. no.2.Explicación: Las corrientes inducidas se pueden excitar también en conductores macizos, en estecaso reciben el nombre de corrientes de Foucault o corrientes en torbellino. De acuerdo con la leyde Lenz, las corrientes de Foucault, tienen dentro del conductor caminos y direcciones más convenientes para que con su acción oponerse lo más intensamente posible a la causa que loproduce, dando como consecuencia un fuerte frenado debido a la interacción de las corri orrien ente tes s deFoucault deFoucault con el campo magnético. El frena do s ólo se produce cuando la lá mi na se mu eve, ev e, ydesaparec ydesaparece e cuand cuando o está está en reposo reposo.. Tercer experimento.Para esta demostración se requiere de un imán recto un trozo de fierro y unangular de aluminio de 1½” x 1/8” x 30 cm de largo. Incline el angular un ángulo de 60º. Tal comose indica en la fig. 3. Coloq Coloque ue el trozo trozo de fier fierro ro en la la parte parte super superior ior del del angular angular,, suélte suéltelo lo y obser observee vee l t i e m p o q u e tarda en deslisarse, enseguida coloque el imán suéltelo para que se deslice yobserve que tarda más tiempo en descender por el plano inclinado, inclusive si el án gu lo de inclinación inclinación es próximo próximo a 90º, casi no logramos logramos incrementa incrementarr el tiempo de descenso. descenso. Fig. no. 3.Explicación: Este experimento es exactamente igual que en caso anterior, sólo que el imán es elque esta en movimiento y el conductor se encuentra fijo. Cuarto experimento.En esta demostración se requiere de una pistola de soldar de 100-140watts (de uso electrónico), electrónico), soldadura de estaño y un piso cerámico de 20cm x 20cm. De rr it a suficiente suficiente soldadura soldadura hasta formar una gota de aproximadamente aproximadamente de 1.5cm de diámetro, diámetro, ver fig. no.5. A pag u ue e la p isto la y ob serv e q ue l a go ta de s old adu ra s e ju n nta ta p a r a f o r m a r u n a s u p e r f i c i e circ circul ular ar.. Enc Encie iend nda a la la pis pisto tola la y obs obser erve ve que que la la sol solda dadu dura ra sale sale disparada.Fig. no. 4.Ex pl ic ac ió n: Co ns id er an do qu e la pu nt a de la pi sto la es un a bobina de media vuelta que seencuentra sumergida en soldadura líquida y que al e nce nde r l a pi stol a se gen era u un n ca camp mp o magn magnét étic ico o muy muy inte intens nso o (se (se puede comprobar al aproximar un imán, sentimos la vibración queproduce la corriente corriente alterna), la punta induce una corriente en la soldadura en estado lí qu id o, produciéndose produciéndose una fuerza fuerza que la arrastra hacia adelante adelante de la punta la soldadura, soldadura, este



En este experimento se requiere de una bobina de 400 vueltas, una bobinade 50 vueltas y/o un tubo de cobre de 3/4” de diámetro por 1cm de longitud, un soporte universal,una fuente de poder de 12 a 24Vca, cables conductores un interruptor de timbre. Arme el equipotal como se muestra en la figura no. Oprima el interruptor y observe lo que pasa con la bobina chica. Retire la bobina chica e introduzcael tubo de cobre, de tal forma que quede 2/3 partes fuera de la bobina grande, oprima el interruptor y observe lo que pasa.Fig. no. 5.Explicación: Al oprimir el interruptor, se ener energiz giza a la la bob bobin ina a gra grand nde e cre crean ando do un camp campo o mag magné néti tico co as u a l r e d e d o r , p e r o concentrado en el núcleo de hierro el cual actúa como un t r a n s f o r m a d o r , inducie induciendo ndo una f.e.m. f.e.m. en mayo mayorr grado grado en la bobi bobina na chic chica a la cual cual forma forma un circuito cerrado (bobinacortocircuitada), creando su propio campo magnético, el cual es opuesto al campo inicial y como labobina grande esta fija y la bobina chica se encuentra suspend endida, da, entonces se separa. El hechode ut il i za r co rr i en te al te rn a, no s mu es tr a con mucha facilidad la oposición a la indu cció n, siempleáramos corriente continua solo observaríamos una re pulsión instantánea . Al introducir el tubo tubo de cobr obre, el efecto es mucho mayor, ya que sale disparado. Sexto experimento.Para este experimento se requiere de un ventilador de mesa o pedestal, unpuente rectificador, un interruptor de 2 polos 2 tiros, cables y tomacorriente, cinta aislante. Conectetodo tal como se muestra en la figura no.6.Fig. no.6.Explicación: En este caso, la aplicación de la ley de Lenz es para el frenado dinámico de motoresmonofásicos o trifásicos tipo jaula de ardilla, para llevar a cabo esta operación eliminamos lapotencia de corriente alterna del estator reemplazándola por corriente continua pulsante cuyo rotor ( i n d u c i d o ) e s t á c o r t o c i r c u i t a d o , e s t o p r o d u c e f u e r t e s c o r r i e n t e s e n e l i n d u c i d o ( r o t o r ) q u e esta establ blec ecen en cam campo pos s muy muy inte intens nsos os deb debido ido a la ley ley de de Lenz Lenz en en reac reacció ción n contra el campo estatóricocontinuo. Por tanto, la energía cinética del rotor y su carga conectada se consume en generar lacorriente y tensión rotórica, llevando el rotor rápidamente al reposo. Conclusiones: La ley de Lenz sólo se cumple en circuitos cerrados en donde exista u n movimiento relativo relativo entre un campo magnético magnético y un conductor, demostrando demostrando que l a f . e . m . y l a corrie corriente nte inducid inducidas as tien tienen en un sentid sentido o tal tal que que tiende tienden n a opone oponerse rse a la varia variació ción n que las origina. Las versiones que presento se basan en magnitudes observables, observables, con definición op er ac io na l concreta concreta para cada cada caso, lo cual cual lo hace hace apto para su su implementació implementación n inmediata. inmediata.



L. Kosow, Control de Máquinas Eléctricas, Edit. Reverté, S.A., México, D.F., 1991, (249250).4. I. V.Saveliev, Curso de Física General, Tomo II, Edit. Mir, Moscú,1984, (198-199).5. Mario Guerra, Juan Correa y otros, Física, Elementos Fundamentales, Tomo II, Edit. Reverté, S.A., España, 1985, (323-331).

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