Inducción Electromagnética: Conceptos Esenciales, Ley de Faraday y Principio de Lenz

Introducción a la Inducción Electromagnética

La inducción electromagnética consiste en la aparición de una corriente eléctrica en un circuito cuando varía el número de líneas de inducción magnética que lo atraviesan en función del tiempo. Este fenómeno es fundamental en la física y la ingeniería, siendo la base de numerosos dispositivos tecnológicos.

Principios Fundamentales de la Inducción Electromagnética

Para comprender la inducción electromagnética, es crucial entender cómo la variación de un campo magnético puede generar una corriente eléctrica. Este principio fue descubierto y formalizado por Michael Faraday a través de una serie de experimentos clave.

Experiencias Clave de Faraday

Michael Faraday realizó experimentos pioneros que demostraron la existencia de la inducción electromagnética. A continuación, se describen dos de sus observaciones más significativas:

• Movimiento de un Imán en el Interior de una Bobina

  La intensidad de corriente inducida, obtenida por el movimiento relativo entre una bobina y un imán, depende de varios factores:

  • La velocidad de este movimiento relativo.
  • La intensidad del campo magnético del imán.
  • El número de espiras de la bobina.

  Este experimento demuestra que el cambio en el flujo magnético a través de la bobina es lo que genera la corriente.

• Cierre y Apertura de un Circuito Eléctrico

  Se induce corriente en una segunda bobina cuando aumenta o disminuye la intensidad de corriente en la primera, pero no cuando esta se mantiene constante. Dado que el campo magnético es proporcional a la intensidad de corriente, se demuestra que la corriente inducida se produce a causa de campos magnéticos variables.

Conclusión de las Experiencias de Faraday: En ambos casos, se produce una variación del número de líneas de campo magnético que atraviesan el circuito durante cierto tiempo, ya sea a causa del movimiento relativo o de la variación de la corriente con el tiempo.

El Flujo Magnético: Concepto y Cálculo

Para cuantificar la interacción entre un campo magnético y una superficie, se define una magnitud llamada flujo magnético (Φ). Esta magnitud sirve como medida del número de líneas de inducción magnética que atraviesan dicha superficie.

Supongamos inicialmente que la inducción magnética B es uniforme y que la superficie S es plana. La expresión del flujo magnético (Φ) se caracteriza por:

• Ser proporcional a los módulos de B y S (vectorialmente).
• Ser máximo cuando B es perpendicular al plano que contiene a la superficie (es decir, paralelo al vector superficie S).
• Ser nulo cuando B es paralelo al plano que contiene a la superficie (es decir, perpendicular al vector superficie S).

En el caso de que la superficie S esté limitada por una espira de corriente, elegimos un sentido arbitrario de recorrido de la espira, lo cual determina el sentido del vector superficie S de acuerdo con la regla del pulgar de la mano derecha. Realizada esta elección, podemos determinar si el flujo es positivo o negativo.

Ley de Lenz: Dirección de la Corriente Inducida

La Ley de Lenz establece un principio fundamental sobre la dirección de la corriente inducida:

“Una corriente se induce en un sentido tal que los efectos que genera tienden a oponerse al cambio de flujo que la origina. Por lo que, el sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la causa que la produce.”

Este principio de oposición es crucial para entender la conservación de la energía en los fenómenos electromagnéticos.

Comportamiento del Flujo Inducido según la Ley de Lenz

• Si se incrementa el valor absoluto del flujo, la corriente inducida circula de manera que el campo magnético inducido crea un flujo magnético de signo contrario que se opone al incremento:

  • Flujo inductor positivo / Flujo inducido negativo
  • Flujo inductor negativo / Flujo inducido positivo

• Si se disminuye el flujo en valor absoluto, la corriente inducida circula de manera que el campo magnético inducido crea un flujo del mismo signo, que compense la disminución:

  • Flujo inductor positivo / Flujo inducido positivo
  • Flujo inductor negativo / Flujo inducido negativo

Fuerza Electromotriz Inducida

La corriente inducida es producida por una fuerza electromotriz inducida (FEM inducida). Esta FEM es directamente proporcional a la rapidez con que varía el flujo magnético y al número de espiras del circuito (o del inducido).