Fundamentos de la Inducción Electromagnética: Descubrimientos de Faraday y Henry

Introducción a la Inducción Electromagnética

Tradicionalmente, se ha estudiado el campo eléctrico y el campo magnético como entidades independientes en el tiempo, es decir, en condiciones estáticas. Sin embargo, es crucial comprender las situaciones en las que estos campos son variables en el tiempo. Este estudio, iniciado por Michael Faraday en Inglaterra y Joseph Henry (de forma independiente) en los Estados Unidos alrededor de 1831, abrió el camino para la conversión práctica de energía mecánica en eléctrica y viceversa.

Faraday y Henry observaron que se genera una corriente eléctrica en un circuito en las siguientes circunstancias:

• Si se acerca o aleja un imán del circuito, o si el circuito se mueve con respecto al imán.
• Si hay movimiento relativo entre el circuito y otro circuito por el que circula una corriente continua.
• Si el segundo circuito transporta una corriente variable, incluso si ambos están en reposo.
• Si se deforma el circuito dentro de un campo magnético.

Fuerza Electromotriz Inducida (FEM)

La fuerza electromotriz inducida (FEM) se define como la fuerza producida en un circuito inerte mediante la variación del número de líneas de fuerza magnéticas que atraviesan la superficie delimitada por él.

Inducción Electromagnética

La inducción electromagnética es el fenómeno por el cual, en determinadas condiciones, se induce en un circuito una fuerza electromotriz capaz de generar una corriente eléctrica sin necesidad de establecer conexiones con ninguna fuente de alimentación.

Ley de Faraday

La Ley de Faraday, referida a un circuito de una sola espira, se expresa matemáticamente como: (Fórmula omitida, se debe incluir la fórmula matemática correcta).

Para un circuito constituido por varias espiras, la ley se expresa como: (Fórmula omitida, se debe incluir la fórmula matemática correcta).

El valor de la fuerza electromotriz inducida es independiente de las causas que provocan la variación del flujo. Depende únicamente de la rapidez con que varía el flujo a través de la superficie delimitada por el circuito y del número de espiras que este posee.

Ley de Lenz

Si, por convención, consideramos positivas las fuerzas electromotrices que generan corrientes en sentido contrario a las agujas del reloj, observamos que estas corrientes se producen precisamente cuando hay una variación negativa del flujo. Si la variación de flujo fuese positiva, la FEM sería negativa, originando una corriente en sentido de las agujas del reloj. El signo negativo en la Ley de Faraday indica el sentido en el que circula la corriente inducida. Esto se resume en la Ley de Lenz:

La FEM inducida genera una corriente cuyo campo magnético se opone a la variación del flujo magnético que la origina.

Unidades

En el Sistema Internacional (SI), la FEM se expresa en voltios (V), siempre que el flujo magnético se exprese en webers (Wb). La relación es:

Voltios = Weber / segundo