Los experimentos de Blondel son una serie de experimentos realizados por el físico André Blondel en 1914 con el fin de determinar cuál era la ley más general de la inducción electromagnética . De hecho, señaló Blondel, " se han suscitado en repetidas ocasiones importantes discusiones sobre la cuestión de cuál es la ley más general de la inducción: ¿debemos considerar la fuerza electromotriz ( fem ) como el producto de cualquier variación del flujo magnético ( ) que rodea a un conductor o del hecho de que el conductor barre parte de este flujo?" . [1]
En el primer caso Blondel se refirió a la ley de Faraday-Neumann , que a menudo se considera la ley más general, [2] [3] mientras que en el segundo caso se refirió a la fuerza de Lorentz .
Normalmente los experimentos para comprobar el primer caso consisten en medir la corriente inducida en un circuito conductor cerrado, concatenado al campo de inducción magnética de un imán, con variación en el tiempo, mientras que para la comprobación del segundo caso habitualmente medimos la corriente inducida en un circuito cerrado de forma variable o en movimiento cortando perpendicularmente un campo constante. [4] [5] [6]
El segundo caso, sin embargo, se debe a una variación del flujo magnético , no tanto porque varía la intensidad del mismo, sino porque varía la superficie atravesada por el campo. [7]
Blondel, por su parte, ideó " un nuevo dispositivo [8] que consiste en variar el flujo magnético total que pasa por una bobina, mediante una variación continua del número de vueltas de esta bobina " . [1] De esta manera y son constantes para cada bobina, pero el flujo total varía con el número de bobinas afectadas por el campo .
De ello se deduce que, dado el flujo concatenado a un solo bucle y el número total de bucles, por la ley de Faraday-Neumann, la fuerza electromotriz resultante es:
es decir depende de la variación del número de vueltas en el tiempo.
Blondel probó cuatro configuraciones de su aparato en las que demuestra que un cambio de flujo no siempre genera una fem en un circuito concatenado a él, concluyendo que la ley de Faraday-Neumann no puede ser la ley general.
El aparato está constituido por un electroimán E , cuyo núcleo en forma de U termina en dos grandes placas paralelas P y P ' . Dos bobinas de inducción B generan el campo magnético en E . Entre las dos placas hay un tambor giratorio de madera T sobre el que se enrolla un alambre eléctrico aislado. El alambre sale del centro del tambor y se conecta con un anillo b solidario al tambor y de diámetro despreciable con respecto al propio tambor. Un contacto deslizante f conecta eléctricamente el alambre a un galvanómetro G , por medio de una resistencia R de modo que la corriente pueda fluir incluso cuando el tambor está girando.
Al galvanómetro está conectado, de forma especular al primero, otro tambor T ' que está conectado a un motor M , capaz de hacer girar el tambor T ' a velocidad regulable.
Finalmente, el cable eléctrico que pasa por el centro de ambos tambores, después de un cierto número de vueltas alrededor de uno de ellos, llega al otro tambor, cerrando el circuito. Cuando el motor M se pone en marcha, puede aumentar el número de bobinas enrolladas alrededor de T ' disminuyendo las que se encuentran alrededor de T o viceversa. [9]
Blondel conecta el cable que pasa por f con el cable enrollado en T de cuatro maneras diferentes, realizando experimentos igualmente distintos.
El cable enrollado en T está conectado directamente al eje de rotación sobre el que descansa el contacto deslizante f , a través del anillo conductor b , de diámetro despreciable, como se muestra en la figura.
Al conectar el tambor T ' al motor M, este alcanza rápidamente una velocidad constante y lo mismo hace el otro tambor T. Manteniendo esta velocidad durante aproximadamente un minuto, la aguja del galvanómetro se mueve, lo que indica la presencia de una fuerza electromotriz ( fem ). [10]
El alambre enrollado en T está conectado a un anillo conductor de diámetro igual al del tambor T y solidario a él. El contacto f recorre el borde del anillo que gira con el tambor.
Así, en comparación con el experimento anterior , f en lugar de estar conectado con el centro de la bobina, está conectado en un punto tan alejado del centro como el radio de la propia bobina.
En este caso, el galvanómetro muestra que la fem inducida durante la rotación del tambor es cero, a diferencia de lo que podría esperarse teniendo en mente el experimento original de Faraday .
Como Blondel temía que se pudiera objetar que el resultado se debía a que, durante la rotación, el circuito entre f y el punto de unión del cable de la bobina al anillo podía seguir dos caminos diferentes que se neutralizaban parcialmente entre sí, realiza un tercer experimento. [11]
El hilo enrollado sobre T está conectado, por medio de un contacto deslizante que sale del borde del tambor, al borde de un disco conductor macizo, de diámetro igual al del tambor T y paralelo a él, pero separado, de modo que permanece estacionario mientras el tambor gira. El contacto f se apoya directamente sobre la parte central del disco.
También en este caso la fem medida por el galvanómetro es cero.
De los dos últimos resultados Blondel concluye que la fem medida en el primer experimento no fue causada por la disminución progresiva del flujo sino por el barrido del flujo por el alambre que une el centro de la bobina con el cepillo f . [12]
Para confirmarlo aún más, realiza un cuarto experimento.
El alambre enrollado en T está conectado al borde de un disco sólido de diámetro igual al del tambor T y solidario a él. La tira de contacto f se apoya contra el centro del disco.
En este caso, el galvanómetro registra una fem exactamente igual a la del primer experimento. No sólo eso, sino que si se hace girar el disco manteniendo los tambores quietos, sigue registrando la misma fem que es causada sólo por el hecho de que una parte del circuito barre el flujo. Además, al variar el punto de contacto de la bobina desde el borde exterior hasta el centro del disco, la fem inducida es proporcional al área del círculo que tiene como radio la distancia entre los dos puntos de unión. [13]
El resultado es análogo al disco de Faraday .
De aquí Blondel deduce que:
1) Cuando el campo magnético es constante, sólo hay fem si el circuito corta las líneas de fuerza del campo, como en el primer experimento (sección eje de rotación-borde del tambor). Si esto no sucede, incluso variando el flujo total a través del circuito, no hay fem , como en el segundo experimento.
2) El caso en el que la línea de cierre del circuito (sección eje-borde) se mueve dentro de un conductor sólido (pero el conductor permanece estacionario), como en el tercer experimento, no es equivalente al caso en el que todo el conductor se mueve, como en el cuarto experimento (en este caso actúa la fuerza de Lorentz).
Por tanto, " hay que rechazar como inexactas las afirmaciones demasiado generales de la ley de inducción " [13] y a la afirmación de que " Una fuerza electromotriz se origina en un circuito cerrado cuando varía el número de líneas magnéticas que pasan por él [14] ..." hay que añadir " y cuando la variación se produce ya sea por el conductor que barre las líneas de fuerza o por una variación en el campo del propio inductor ". [15]
Básicamente, los experimentos muestran que la ley básica de Faraday, es decir, la que tiene en cuenta únicamente la variación del flujo, no puede ser la ley general de inducción. De hecho, es necesario incluir también la contribución debida a la fuerza de Lorentz para obtener la fórmula general .
