Tubo de lenz
Objetivo
  • Verificar algunos fenómenos magnéticos.
  • Observar el efecto de las corrientes inducidas
Introducción
El tubo de Lenz es un tubo metálico hueco, de un material buen conductor de la electricidad pero sin propiedades magnéticas -por ejemplo de aluminio o de cobre- donde podemos ver un hecho desconcertante.
Materiales
  • Tubo de aluminio o de cobre de dimensiones mayores pero lo más próximas al imán.
  • Imán cilíndrico potente de boro, hierro, neodimio. (Nosotros hemos usado uno de los que vienen con las linternas dinamo de agitar).
  • Cilindro de aluminio o hierro de las mismas dimensiones del imán.
Realización práctica
  • 1.- El tubo se dispone verticalmente, se introduce el imán cilíndrico por el tubo, y se deja caer libremente. El imán asomará por el extremo inferior bastante tiempo después de lo que se espera en caída libre.
  • 2.- Repetimos el experimento con el cilindro de aluminio o hierro. Se nota una inmensa diferencia en el tiempo de caída, el que esta vez se aproxima a la caída libre (naturalmente, no será igual a la caída libre porque hay que considerar el roce con el aire y eventualmente con las paredes.
  • 3.- Colgamos el tubo por su parte superior del extremo del dinamómetro, y anotamos su masa.
Experiencia del Tubo de lenz
  • 4.- Dejamos caer por el interior del tubo la barra sin imantar, y observamos que prácticamente no hay ningún cambio en la lectura.
  • 5.- Si ahora dejamos caer por el tubo la barra imantada, al empezar a caer el imán vemos que el dinamómetro nos marca un sobrepeso. Al salir del tubo la marca del dinamómetro vuelve a su antigua posición volviendo a marcar el peso del tubo.
Precauciones
  • Los imanes son extremadamente delicados. Procurar no golpearlos porque se descascarillan o se rompen.
Explicación científica
Imán saliendo del tubo
  • Un objeto que cae por un tubo hueco, si no choca con las paredes, baja tan rápido como lo haría si no hubiese tubo. Esto es fácil de comprobar al dejar caer un bloque metálico por el tubo. Sin embargo, si dejamos caer por el tubo un bloque metálico igual que el anterior, pero imantado, su caída por el tubo es mucho más lenta.
  • En el tubo metálico al caer el imán se producen corrientes inducidas que frenan su caída.
  • Por la ley de Lenz sabemos que si acercamos un polo norte a la bobina la cara de dicha bobina que se le enfrenta es su polo norte. Eso explica que el imán se retrase en su caída ya que va generando una corriente de modo que si el imán lo metemos por la cara norte la corriente generada en el tubo mira al imán cayendo por su polo norte, o sea, frena al imán.
  • Si metemos el imán por el lado contrario -polo sur- también es frenado, pues genera una corriente de modo que al entrar el polo sur del imán crea también un polo sur en el tubo.
  • Esta experiencia también nos permite comprobar la tercera ley de Newton. Si el tubo empuja al imán hacia arriba frenando su caída, el imán empuja al tubo hacia abajo haciendo que pese más. El imán cae con movimiento uniforme lo que indica que la fuerza que el tubo ha hecho sobre el imán ha sido el peso del mismo, lo que hace que la fuerza total sobre el imán sea cero para bajar con movimiento uniforme. Por tanto, el sobrepeso que vemos en el dinamómetro deberá ser exactamente el peso del imán según nos indica la tercera ley de Newton. Pesamos en una balanza el imán y comprobamos que su pero es justamente esa cantidad.
Curiosidades y otras cosas

En 1831, Michael Faraday en Inglaterra y Joseph Henry en los Estados Unidos descubrieron, de forma independiente, que un campo magnético variable induce una corriente en un conductor.

Los resultados de sus experimentos condujeron a una importante y básica ley del electromagnetismo, conocida como ley de Faraday-Henry y cuyo enunciado es el siguiente: si el flujo magnético a través de un área rodeada por un circuito varía, se induce en éste una fuerza electromotriz (f.e.m.i.) cuyo valor es igual a la variación del flujo magnético por unidad de tiempo con signo negativo. Este resultado es independiente de la manera en que pueda cambiarse el flujo magnético. El signo negativo quiere decir que la polaridad de la f.e.m.i. es tal que la corriente inducida crea un flujo magnético que se opone a la variación de flujo que la origina (ley de Lenz).

En 1820 la experiencia de Oersted demostró que las corrientes eléctricas crean campos magnéticos y en 1831 Faraday y Henry demuestran el fenómeno contrario. Queda pues de manifiesto, que las acciones eléctricas y magnéticas no pueden darse por separado sino que ambas interactúan conjuntamente: se ha descubierto el electromagnetismo.

Michael Faraday fue un físico y químico inglés que destacó por ser un gran científico experimental. Nació en 1791 en el seno de una familia humilde (su padre era herrero) y tenía 9 hermanos. A los 14 años comenzó a trabajar como aprendiz de encuadernador. Su jefe le animó en la lectura y él, poco a poco, fue fascinándose por los artículos de química y electricidad que pasaban por sus manos.
En 1812, asiste a una conferencia de Humphry Davy. Poco después, Faraday envió 386 páginas de notas, forradas en piel, a Davy, quien impresionado tomó a Faraday como su asistente permanente en la Royal Institution.
Aunque su formación matemática era muy elemental, no sólo llevó a cabo descubrimientos experimentales básicos sino que también introdujo conceptos, como las nociones de líneas de fuerza y de campo, fundamentales en la teoría electromagnética. Pero también hizo importantes contribuciones en otras disciplinas:
· Efectuó estudios sobre el cloro que le condujo a hallar dos nuevos cloruros de carbono.
· Descubrió en 1825 el benceno.
· Desarrolló métodos de licuación de gases (sometiéndolos a presión).
· Investigó las aleaciones del acero.
· Detectó la rotación del plano de polarización de la luz en un campo eléctrico.
· Enunció en 1833 las leyes generales de la electrolisis.
Por otra parte, tuvo un alto concepto de la ética y la moralidad que le llevó a rechazar la preparación de un gas venenoso en la guerra de Crimea.
Faraday muere en 1867. Su nombre es recordado en la unidad de capacitancia en el SI (el faradio) y en la constante de Faraday (cantidad constante de electricidad necesaria para liberar un equivalente de sustancia en la electrolisis).

Bibliografía

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