Inducción Electromagnética: Experiencias de Faraday y de Henry

La inducción electromagnética es el proceso mediante el cual se genera una corriente eléctrica en un circuito como resultado de la variación de un campo magnético.

Experiencia de Faraday

Supongamos que tenemos una espira unida a un galvanómetro y por el circuito no pasa corriente, puesto que no hay generador. Si se aproxima un imán observamos que:

Por un circuito no pasa corriente si no posee generador. Cuando movemos el imán hacia la espira aumenta el número de líneas de campo que la atraviesan (flujo magnético), originándose una corriente. Si se retira el imán, en el sentido opuesto, también aparece corriente eléctrica, pero circulando en sentido contrario.

De aquí se deduce:

1. Solamente aparece corriente mientras haya movimiento relativo entre espira e imán.
2. La corriente cesa en el instante en que cesa el movimiento.
3. La corriente cambia de sentido si se cambia el sentido del movimiento.
4. La corriente que aparece en la espira es producida por una fem que recibe el nombre de fuerza electromotriz inducida.
5. La fem inducida cambia de polaridad cuando se invierte el sentido del movimiento.
6. En la formación de las corrientes inducidas se distinguen dos elementos:
   • El inducido, que es el circuito donde aparece la corriente (espiral).
   • El inductor, que es el agente productor del fenómeno (imán).

Si en lugar de una espira repetimos la experiencia con un solenoide, los efectos son idénticos aunque más intensos.

Experiencia de Henry

• Cuando el alambre se mueve a través del campo, se crea una corriente (el alambre tiene que formar parte de un circuito cerrado).
• Mientras el conductor se mueva hacia arriba, la corriente circula en un sentido, si se mueve hacia abajo, cambia de sentido.
• Si el alambre se deja quieto o se mueve paralelo al campo, no se induce corriente en el alambre. La corriente se induce solo si el alambre se mueve cortando las líneas de campo.

Interpretación de las experiencias de Faraday y Henry

La interpretación más sencilla e intuitiva, es suponer que la causa de las corrientes inducidas es la variación del flujo magnético que atraviesa el plano del inducido. El flujo depende de 3 factores:

• Es proporcional a la intensidad del campo B.
• Es proporcional al valor de la superficie S.
• Depende del ángulo que forman las líneas de campo con la normal a la superficie.

El flujo es máximo si α= 0º y nulo si α= 90º. Φ = B S cos α = B S cos (w t). En la experiencia de Faraday que hemos descrito varía el valor del campo: cuando el imán se aproxima, aumenta la intensidad del campo en la región de la espira, aumentando el flujo. ΔΦ = Φ₁ – Φ₀. Si la espira gira un ángulo de 90º de manera que la normal a la espira sea perpendicular al eje del imán, se ha producido una variación de flujo. ΔΦ= B S cos 90º – B S cos 0º = – B S

Leyes de Faraday y de Lenz

Podemos afirmar que la inducción electromagnética se funda en dos principios fundamentales:

1. Toda variación de flujo que atraviesa un circuito cerrado produce en este una corriente inducida.
2. La corriente inducida es una corriente instantánea, pues solo dura mientras dura la variación de flujo.

Se rige por dos leyes: La Ley de Lenz (nos da el sentido de la corriente inducida) y la de Faraday (nos da el valor de dicha corriente)

Ley de Lenz

La corriente se induce en un sentido tal que los efectos que genera tienden a oponerse al cambio de flujo que la origina, es decir, el flujo producido por la corriente inducida se opone a la variación del flujo inductor.

• Cuando el polo N del imán se aproxima a la bobina induce una corriente en ella que, a su vez, crea otro campo magnético. Este campo magnético inducido produce una fuerza que se opone al movimiento del imán. El sentido de la corriente en la bobina debe ser tal que aparezca el polo N de su campo frente al polo N que se aproxima.
• Si el polo N se aleja debe aparecer en la cara de la bobina un polo S que tienda a oponerse a dicho alejamiento, y para ello la corriente en la bobina cambia de sentido.

F = q (v x B) = -e (v x B)

Ley de Faraday

La corriente inducida es producida por una fuerza electromotriz (fem) inducida que es directamente proporcional a la rapidez con que varía el flujo inductor, y al número de espiras del inducido.

e

Un flujo magnético que cambia con una rapidez de un Wb/s induce una fem de un voltio por cada vuelta del conductor:

Valores eficaces de la corriente alterna

El valor eficaz de una corriente alterna, tanto para la tensión como para la intensidad, se define como el valor que debería tener una corriente continua para producir la misma cantidad de calor en el mismo tiempo y en la misma resistencia.