Inducción electromagnética. Definición y ejercicios

Inducción electromagnética

En el año de 1831 el científico de origen inglés Michael Faraday descubrió en uno de sus experimentos un fenómeno producido a causa de un cuerpo que era expuesto a un campo magnético. Este fenómeno fue llamado inducción electromagnética y es el causante de lo que hoy se conoce como fuerza electromotriz. Este puede ocurrir con un medio móvil o estático, se introduce a él un cuerpo conductor el cual produce dicha fuerza.

La inducción eléctrica es un tema interesante y complejo que posee múltiples aplicaciones. Por ello, en este artículo trataremos de explicar cuáles son las características, cómo se genera y calcula además de brindar algunos ejemplos para entender mejor la Ley de Faraday la cual está directamente relacionada.

Significado de inducción electromagnética

La producción de corriente eléctrica a través de campos magnéticos se le llama inducción electromagnética y es el fenómeno físico que genera la fuerza electromotriz también reconocida con las siglas FEM. Los campos magnéticos pueden ser variables dentro de un lapso de tiempo, aunque también se puede generar en un medio móvil con respecto a un campo estático. El móvil es el conductor.

La unidad de medida llamadas Teslas, representada con la letra T, es la que se considera oficial por parte del Sistema Internacional de Unidades. Una unidad de tesla equivale a al flujo magnético de un weber. Por otra parte, el Sistema Cegesimal de Unidades (CGS) establece que se utilizará la unidad llama Gauss. La relación existente entre 1 tesla es comparable a diez mil gauss.  Es necesario conocer estas relaciones entre medidas tocantes a la inducción electromagnética.

Aplicaciones inducción electromagnética

Muchos componentes eléctricos y tipos de equipos funcionan según el principio de la inducción electromagnética. Ha encontrado muchas aplicaciones en tecnología, incluidos componentes eléctricos como inductores y transformadores, y dispositivos como motores eléctricos y generadores.

Hoy en día la inducción electromagnética es esencial para nuestra sociedad tecnológica. Por ejemplo,  el generador eléctrico se utiliza en todo desde automóviles, trenes, bicicletas y plantas de energía nuclear, dado a que utiliza el magnetismo para generar corriente eléctrica. Otros dispositivos que utilizan el magnetismo son las guitarras eléctricas, transformadores, micrófonos, puertas de seguridad y mecanismos de amortiguación en balanzas.

Un generador produce energía eléctrica por inducción electromagnética. Los generadores o dinamos de varios tamaños se utilizan para diferentes propósitos. La corriente producida a partir de una pequeña dinamo se utiliza para encender una lámpara de bicicleta. En las centrales eléctricas se utilizan enormes generadores para generar electricidad para uso masivo. En todos los casos, el principio de funcionamiento básico es el mismo, es decir, la energía mecánica se utiliza para mover un conductor a través de un campo magnético para producir energía eléctrica.

Un generador es básicamente lo inverso de un motor. Un generador consiste en muchas bobinas de alambre enrolladas en una armadura que puede girar en un campo magnético. El eje se gira por algunos medios mecánicos (por ejemplo, agua que cae, vapor, viento, etc.) de modo que la bobina corta las líneas del campo magnético a medida que gira.

Por ejemplo, las primeras grabadoras de audio que empleaban el uso de casetes que contenían en su interior una cinta electromagnética es una buena referencia de cómo ha influido el uso de la inducción eléctrica. Estas cintas son especiales dado a que al estar cubiertas con una fina capa de óxido de cromo. El funcionamiento se basa en hacer que la corriente produzca un campo electromagnético de manera que las ondas sonoras pueden ser enviadas hacia donde se encuentra el micrófono. Al producirse la energía eléctrica, también es posible conducir y amplificar la señal.

Ley de Faraday inducción electromagnética

Según la Ley de Faraday, que lleva el apellido de su descubridor, la magnitud del voltaje inducido es proporcional a la variación del flujo magnético. En el experimento el sistema que generaba la corriente se denominó inductor y el circuito donde se crea la corriente se llamó inducido. Sin embargo, hay dos leyes que rigen sobre el campo electromagnético:

  • La Ley de Faraday de tipo cuantitativo´
  • La Ley de Lenz de tipo cualitativo

La FEM puede definirse como la velocidad a la que se extrae la energía de una fuente por unidad de corriente que fluye a través de un circuito. Por lo tanto, es la energía por unidad de carga agregada por una fuente, que contrasta con el voltaje, que es la energía por unidad de carga liberada cuando las cargas fluyen a través de un circuito. La energía agregada por unidad de carga tiene unidades de voltios, por lo que la fuerza electromotriz es en realidad un potencial.

El científico ruso Heinrich Lenz explicó que la corriente fluye en la dirección que crea un campo magnético que intenta para mantener el flujo constante en el bucle. Por lo tanto, se genera una fem en el bucle que conduce una corriente en la dirección que crea más líneas de campo magnético. De acuerdo con la ley de Lenz, la fem producida en la bobina conducirá una corriente en la dirección que crea un campo magnético. La ley de Lenz nos dice que la fem inducida en la bobina conducirá una corriente en la dirección que crea un campo magnético que apunta hacia la derecha. Esto contrarrestará el flujo magnético creciente que apunta hacia la izquierda debido al imán.

Inducción electromagnética

Inducción electromagnética ejercicios

El flujo magnético a través de un solo bucle de alambre cambia de 3.5 Wb a 1.5 Wb en 2.0 s. ¿Qué fem está inducida en el bucle?

–2.0 V

–1.0 V

+1.0 V

+2.0 V

¿Cuál es la fem para una bobina de 10 giros a través de la cual el flujo cambia a 10 Wb / s?

–100 V

–10 V

+10 V

+100 V

Una bobina formada por 220 espiras rectangulares apretadas, de dimensiones 5 cm y 14 cm, está situada en un plano que forma 35º con el plano XY. La bobina se encuentra en una zona donde existe un campo magnético paralelo al eje Z que varía entre -0.005 y 0.005 T  Para cada uno de los intervalos de tiempo: 0-3, 1-3, 2-6, 4-6 ms (milisegundos). Calcular la fem, teniendo en cuenta que la resistencia de la bobina es 50 Ω.

Descubrimiento de inducción electromagnética

La aportación hecha por el importante químico Hans Christian Oersted es resaltante para la inducción electromagnética dado que puedo demostrar que si se hace circular corriente eléctrica por un conductor es posible crear como resultado que haya un campo electromagnético.

Además, también dejó constancia de que a medida que va aumentando la intensidad de esa energía es proporcional a la velocidad con que se desvía la aguja imantada. Desde un principio la evidencia sugería que había una estrecha relación entre los fenómenos tanto eléctricos como magnéticos.  Estos son tips de cálculo eléctrico que se siguen usando en nuestra época.

Michael Faraday fue un importante científico inglés que durante un experimento desarrollado en el año de 1831 enrolla un cable que procedía de una batería a un anillo de hierro, tomó otro trozo de cable para realizar el mismo proceso al otro lado del mismo anillo; pero este no se conectaba a una pila. De esta forma quería comprobar la teoría que afirmaba que si la corriente eléctrica genera un campo magnético, entonces este campo también puede generar electricidad. Esta idea fue primero propuesta por Hans Christian Oersted y más tarde también fue experimentada por Joseph Henry.

Volviendo con Faraday, este durante sus experimentos decidió utilizar un detector que se conectaba al otro cable que no se unía a una batería. El resultado de este experimento fue que al encender la batería se suponía debía generar un campo magnético que ayuda a que el segundo cable tuviese corriente lo cual no sucedió. Sin embargo, si el primer circuito estaba encendido en el segundo si había corriente eléctrica.

Durante este experimento fue cuando se dio cuenta de que se producía el campo electromagnético por medio de la vibración llevando esta  energía hasta el circuito sin la batería. Además, pudo notar que el sentido de la corriente cambiaba, si se encendía el circuito o si se apagaba. De igual forma el registro del paso de la corriente se producía dentro de un lapso de tiempo corto, que coincidía con el tiempo de transición ocurrido durante el encendido y el apagado.

Años después, otro importante científico ruso llamado Heinrich Lenz repetiría el experimento e implantar mejoras en la forma en la cual se dirigía la corriente dentro de los circuitos. Comprobó que la corriente inducida se opone al cambio de flujo magnético y es así cómo puedo mantener un flujo constante. Independientemente de si la intensidad del flujo varía o de su el conductor se mueve con respecto al mismo. De esta forma ha sido posible que los generadores eléctricos funcionen así como también las centrales atómicas, térmicas, hidráulicas, eólicas, transformadores, osciladores, baterías y motores eléctricos.  

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