Ejercicio resuelto de Campo electromagnético · Física · 2022

Acercamos a un imán fijo una bobina a la que tenemos conectado un voltímetro, hasta que la bobina queda completamente dentro del imán, y la dejamos ahí unos segundos y la retiramos. Explique razonadamente cómo varían en este proceso el flujo del campo magnético que atraviesa la bobina y la lectura del voltímetro que tenemos conectado.

El fenómeno se explica con la ley de Faraday-Lenz, según la cual en un circuito cerrado aparece una fuerza electromotriz inducida siempre que varíe el flujo magnético que lo atraviesa:

$\varepsilon = -\dfrac{d\Phi}{dt}$

Lo esencial es que la lectura del voltímetro no depende del valor del flujo, sino de su ritmo de variación.





El proceso descrito tiene tres fases bien diferenciadas.

i) Mientras acercamos la bobina al imán, las líneas de campo que la atraviesan son cada vez más numerosas, porque el campo del imán es más intenso cuanto más cerca se está de él. El flujo aumenta, su derivada no es nula y el voltímetro marca una lectura distinta de cero. Su valor será tanto mayor cuanto más deprisa acerquemos la bobina.

ii) Cuando la bobina se queda quieta dentro del imán, el flujo que la atraviesa es grande, pero constante en el tiempo. Su derivada es nula:

$\dfrac{d\Phi}{dt} = 0\;\Rightarrow\;\varepsilon = 0$

El voltímetro marca cero, aunque el flujo sea máximo. Es el punto donde se concentra la dificultad del ejercicio: un flujo grande no induce nada si no cambia.

iii) Al retirar la bobina el flujo vuelve a variar, ahora disminuyendo, y aparece de nuevo una lectura en el voltímetro. Por la ley de Lenz, la corriente inducida se opone a la variación, de modo que ahora circula en sentido contrario al de la primera fase: mientras acercábamos la bobina la corriente se oponía al aumento del flujo, y al alejarla trata de mantenerlo.

En resumen, el voltímetro marca durante el acercamiento, deja de marcar mientras la bobina está en reposo y vuelve a marcar —con signo contrario— durante la retirada.