2n Batxillerat · Tecnologia i Enginyeria · Sessió 3–4
Laboratori de Lenz / Protocol Wakanda
Mou un imant davant d'una bobina i descobreix per què el corrent induït sempre s'oposa a la variació del flux magnètic. Experimenta, inverteix els pols i compara les gràfiques.
SIMULACIÓ INTERACTIVA Sense connexió a Internet
1. Observa l'experiment
Arrossega l'imant amb el ratolí o el dit
⏸ INSTANT CONGELATS'ha congelat el fotograma i totes les magnituds.Això és una pausa de la pantalla, no una aturada física de l'imant.
Camp de l'imantCamp induït per la bobinaMoviment de l'imantEls pols N/S de la bobina apareixen només si hi circula corrent.
Pausa: congela el fotograma i conserva la FEM, el corrent i les gràfiques. Stop: l'imant s'atura realment, amb v = 0 i FEM = 0.
3. Llei de Lenz en directe · què fa el signe negatiu?
Observa els quatre passos quan mous l'imant. Les fletxes, els signes i la justificació canvien en temps real.
NOU · EXPLICACIÓ PAS A PAS
Conveni igual que a la infografia: mirant la bobina des del costat de l'imant, la normal positiva apunta cap a l'imant (←). Així, camp i flux positius = cap a l'esquerra ←; ε positiva = corrent antihorari ↶ = pol N a la cara propera, i ε negativa = corrent horari ↷ = pol S. Cal tenir el circuit tancat perquè circuli corrent. Atenció: ε té signe oposat a dΦ/dt, no necessàriament a Φ.
1 · Flux de l'imant
← Positiu
Φ = +0,000 mWb
El camp exterior travessa la bobina.
2 · Què canvia?
Sense variació
dΦ/dt = 0 mWb/s
No hi ha canvi de flux mentre l'imant està quiet.
3 · Signe de la FEM
ε = 0 mV
ε = −N · dΦ/dt
El signe menys inverteix el sentit de la variació.
4 · Resposta de la bobina
Sense camp induït
Pol proper: —
Cal un circuit tancat perquè hi circuli corrent.
Faraday-Lenz amb els valors actuals
ε = −N × (dΦ/dt) = 0 mV
Què ens diu Lenz? El camp que crea el corrent induït s'oposa al canvi del flux exterior, no necessàriament al camp exterior.
Els quatre casos · mateix conveni que la infografia
Pol imant
Moviment
FEM ε
Corrent (tancat)
Pol bobina
N
S'acosta
Positiva (+)
↶ Antihorari
N
N
S'allunya
Negativa (−)
↷ Horari
S
S
S'acosta
Negativa (−)
↷ Horari
S
S
S'allunya
Positiva (+)
↶ Antihorari
N
La fila destacada correspon al moviment actual. Si el circuit és obert, hi ha FEM però no hi ha corrent ni pol induït.
Recorda: el botó «Pausa» congela el temps de la simulació i tots els indicadors: el signe − i el camp induït es mantenen en l'instant capturat. «Stop» sí que atura físicament l'imant (v = 0). La FEM pot existir amb el circuit obert, però aleshores I = 0 i no apareix el camp creat pel corrent induït. El botó «Inverteix pols» canvia l'orientació com a nova condició inicial, sense simular una rotació física durant aquell instant.
4. Flux magnètic per espira (Φ)
mWb · últims 10 s
El flux depèn de la posició i de l'orientació dels pols.
5. Força electromotriu induïda (ε)
mV · últims 10 s
La FEM depèn de la velocitat de variació del flux, no del seu valor.
Què ens diu la llei de Lenz?
El camp generat pel corrent induït s'oposa a la variació del flux que l'ha originat. No sempre s'oposa al camp exterior.
ε = −N · ΔΦ/Δt i I = ε/R
En aquesta simulació, la FEM es calcula amb el ritme instantani de canvi del flux. La bobina genera un camp propi només quan el circuit és tancat i hi circula corrent.
Model simplificat: bobina fixa, imant alineat amb l'eix, camp mitjà estimat amb una funció que decreix amb la distància, àrea de cada espira 0,003 m², resistència òhmica i sense autoinducció ni inductància transitòria. Les xifres són il·lustratives; els sentits i les relacions físiques són l'objectiu.
4 reptes per a classe
Tria un experiment. La simulació situarà l'imant i els controls. Abans de moure'l, demana als alumnes que facin una predicció.
Comença amb el repte 1 i després compara amb el repte 2.