Descubriendo la Inducción Electromagnética: Leyes de Faraday y Lenz

Inducción Electromagnética: Descubrimientos y Principios Fundamentales

En 1831, el físico británico Michael Faraday afirmó que la variación de un campo magnético puede inducir una corriente eléctrica. El físico estadounidense Joseph Henry llegó a conclusiones parecidas unos años antes, sin publicar sus resultados hasta 1832.

Los Experimentos Clave de Faraday

Faraday conocía los experimentos de Ampère, según los cuales, cuando se hacía pasar una corriente por una bobina, esta se comportaba como un imán. Faraday introdujo una bobina conectada a una batería dentro de otra que solo estaba conectada a un galvanómetro. Sin embargo, Faraday solo observó movimiento en la aguja del galvanómetro cuando abría o cerraba el interruptor que suministraba la corriente. Con este experimento y otro posterior, llegó a las mismas conclusiones.

Conclusiones de Faraday sobre la Corriente Inducida

Esto le llevó a pensar que la corriente inducida solo aparecía en los breves instantes en que el campo magnético variaba, es decir, desde que era cero hasta que alcanzaba un valor concreto y viceversa. Llamó inductor a la bobina que provocaba la aparición de la corriente, e inducido a la bobina en la que se generaba la corriente inducida. Podríamos resumir sus conclusiones de la siguiente manera:

• Aparece una corriente inducida cuando el inductor y el inducido se mueven uno respecto al otro.
• Cuando el movimiento es en un sentido, la aguja del galvanómetro se desplaza en una dirección, y cuando cambia el sentido del movimiento, la aguja se desplaza en dirección contraria.
• La intensidad de la corriente inducida es mayor cuanto más rápido es el movimiento relativo entre el inductor y el inducido.
• Para que se produzca corriente inducida tiene que haber una variación en las líneas de inducción magnética que atraviesan el inducido.

El Concepto de Flujo Magnético

Faraday aplicó la idea de líneas de campo para explicar el campo magnético, al igual que en el campo eléctrico. Por ello, definió el flujo magnético como el número de líneas de inducción que atraviesan una superficie. De tal manera que:

∅ = B ⋅ S

En muchos casos, el campo magnético no será normal a la superficie, sino que formará un ángulo con la normal. Por lo tanto, podemos generalizar un poco más utilizando vectores:

∅ = B ⋅ S ⋅ cos(θ)

Teniendo en cuenta que si el ángulo que forman es de 90 grados, el flujo será cero, ya que cos(90°) = 0.

La Ley de Lenz: Dirección de la Corriente Inducida

En 1833, estudiando estos fenómenos, Heinrich Lenz enunció la ley que determina el sentido de la corriente inducida y que hoy se conoce como Ley de Lenz. Esta ley establece que el sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la causa que la originó.

Esta ley es una consecuencia directa del principio de conservación de la energía.

La Ley de Faraday: Cuantificación de la Inducción

Faraday dio forma matemática a la Ley de Faraday-Lenz, permitiendo calcular el valor de la fuerza electromotriz (fem) inducida. Sabemos que la corriente inducida aparece cuando se produce una variación en el flujo del campo magnético que atraviesa el circuito (la espira), y por ello, el sentido de esa corriente se opondrá a la variación del flujo.

Si conectamos un galvanómetro a la espira, comprobaremos que la intensidad de la corriente inducida es mayor cuanto mayor es la rapidez con la que varía el flujo. Por ello, podremos relacionar la fuerza electromotriz (fem) inducida (energía de la unidad de carga) con la rapidez con la que varía el flujo.

La Ley de Faraday establece que cuando se introduce un conductor cerrado en una zona donde existe un campo magnético, la fem inducida es igual y de signo contrario a la rapidez con la que varía el flujo magnético en el circuito:

ε = -dΦ/dt

Cálculo de la Intensidad de Corriente Inducida

Una vez obtenida la fem inducida, podremos determinar la intensidad que circula si conocemos la resistencia del circuito, mediante la Ley de Ohm:

I = ε / R