INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA
La variación del campo magnético, del área limitada por el circuito o del ángulo que forman el campo y la perpendicular al plano en el que se encuentra contenido el circuito genera corriente en el circuito. Estos tres factores se relacionan entre sí a través del flujo magnético. Por lo que podemos afirmar que:
toda variación en el flujo del campo magnético a través del área limitada por un circuito genera corriente eléctrica en él.
Este fenómeno se denomina inducción electromagnética, y las corrientes así producidas se llaman corrientes inducidas.
FUERZA ELECTROMOTRÍZ INDUCIDA
Considera que el área limitada por un circuito es atravesada por un flujo variable.
De acuerdo con lo que hemos estudiado, se induce en él, lo cual equivale a que dos puntos del circuito se conecten a una fuente.
La fuerza electromotriz inducida es la que produce la corriente inducida.
Faraday comprobó que cuanto más rápida sea la variación de flujo que atraviesa el área limitada por un circuito, mayor es la fuerza electromotriz inducida en él.
LEY DE LA INDUCCIÓN DE FARADAY:
La fuerza electromotriz, \(\Huge \varepsilon\) inducida en un circuito es igual a la variación con respecto al tiempo \(\left( \Huge t \right)\) del flujo, \(\Huge \Phi\) que atraviesa dicho circuito. Expresada matemáticamente:
A continuación estudiaremos la ley de Lenz para justificar el signo menos que aparece en la ecuación anterior.
LEY DE LENZ
La corriente inducida fluye en una dirección tal que mediante el campo magnético que genera se opone a la variación del campo que la produce.
Para expresar esta oposición, se utiliza el signo negativo en el segundo miembro de la ley de Faraday:
\(\Huge \varepsilon\ =\ -\ \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\)
Si tenemos \(N\) espiras en una bobina la ley de Faraday se escribe como:
\(\Huge \varepsilon\ =\ -\ N\ *\ \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\)
Lo cual significa que la fuerza electromotriz inducida, es directamente proporcional al número de espiras.
EJEMPLO 1: Considera que se construye una bobina de \(250\) vueltas de alambre alrededor de un tubo de plástico, de tal manera que el área de las espiras es aproximadamente \(50\ cm^2\). Se aplica un campo magnético en dirección perpendicular al plano de las espiras. Si el campo magnético se aumenta uniformemente de \(0\ T\) a \(0,05\ T\) en \(0,2\ s\), calcula la fuerza electromotriz inducida en la bobina.
Solución:
Determinemos el flujo para cada uno de los valores del campo magnético:
Para el campo magnético igual a \(0\ T\), tenemos:
\(\Phi_i\ =\ B*A*cos\alpha\ =\ 0\)
Como el campo magnético es perpendicular al plano de las espiras, entonces el ángulo es de \(0^{\circ}\).
Para el campo magnético igual a \(0,05\ T\), tenemos:
\(\Phi_f \ =\ B*A*cos\alpha \ =\ 0,05\ T\ *\ 0.005\ m^2\ *\ cos0^{\circ}\ =\ 2.5\ *\ 10^{-4}\ Wb\)
El flujo va aumentando desde \(\Phi_i\) hasta \(\Phi_f\)
La variación del flujo es:
\(\Delta \Phi \ =\ \Phi_f\ -\ \Phi_i\ =\ 2.5*10^{-4}\ Wb\ -\ 0\ =\ 2.5\ *\ 10^{-4}\ Wb\)
Por tanto la fuerza electromotriz inducida es:
\(\Large \varepsilon \ =\ -N\ *\ \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\ =\ -250\ *\ \frac{2.5\ *\ 10^{-4}\ Wb}{0.2\ s}\ =\ -0.31\ V\)
Alguna de las aplicaciones prácticas más importantes del magnetismo y la ley de Faraday la constituyen un aparato llamado generador, la producción de corriente alterna, la rectificación de la corriente alterna y los transformadores. A continuación encuentre una aplicación en la que puede observar el funcionamento básico de un motor de corriente continua:
El aplicativo se puede encontrar en la siguiente url: http://www.walter-fendt.de/ph14s/electricmotor_s.htm
PREGUNTA: Una bobina circular formada por \(200\) espiras de \(10\ cm\) de radio se coloca en el interior de un campo magnético de \(2\ *\ 10^{-3}\ T\) de tal manera que el plano de las espiras es perpendicular al campo. Si el campo magnético decrece uniformemente hasta anularse en \(0,2\ s\), calcula la fuerza electromotríz inducida en la bobina. Recuerde que el área de un circulo es: \(A\ =\ \pi r^2\).