Inducción Electromagnética: Experimentos de Faraday y Henry
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Inducción Electromagnética: Experimentos de Faraday y Henry
En el estudio del electromagnetismo, hemos aprendido que una corriente eléctrica genera un campo magnético. Ahora, exploraremos el proceso inverso: la creación de una corriente eléctrica a partir de un campo magnético.
Experiencia de Faraday
Al acercar o alejar un imán de una espira, se induce una corriente eléctrica en esta.
Michael Faraday (1791-1867) y Joseph Henry (1797-1878) realizaron diversos experimentos alrededor de 1830 que respondieron a esta interrogante.
El Descubrimiento de Faraday
Faraday demostró que al acercar un imán a una espira, se origina una corriente eléctrica. Esta corriente invierte su sentido cuando el imán se aleja.
Un punto clave es que la corriente aparece solo cuando el imán está en movimiento con respecto a la espira (ya sea moviendo el imán o la espira). La corriente cesa cuando el movimiento se detiene. Por lo tanto, el origen de la corriente eléctrica no es la presencia de un campo magnético, sino la variación del campo que atraviesa la espira.
Como se observa, las líneas de fuerza del campo magnético están más concentradas cerca de los polos (mayor intensidad) y se dispersan (menor intensidad) al alejarse. Al acercar o alejar el imán de la espira, se produce una variación del campo magnético que la atraviesa.
Otro hallazgo importante es que la intensidad de la corriente inducida depende de la velocidad con la que se mueve el imán con respecto a la espira. Esto indica una relación con la rapidez de variación del campo magnético.
Experiencia de Henry
Henry, de forma simultánea a Faraday, realizó un experimento que mejoró la comprensión de la inducción de una corriente eléctrica a partir de un campo magnético.
El experimento de Henry consistió en deslizar un conductor móvil sobre otro en forma de U, situado en un campo magnético constante y perpendicular a la dirección del movimiento. Debido al movimiento y la presencia del campo magnético, aparece una fuerza de Lorentz sobre las cargas libres del conductor (electrones). Las cargas negativas se desplazan hacia el extremo derecho del conductor móvil, mientras que las positivas se acumulan en el izquierdo, creando una diferencia de potencial que genera una corriente en el circuito.
En el experimento de Henry, la corriente se induce de manera diferente a la de Faraday. Aquí, el campo magnético es uniforme, y lo que varía es el tamaño de la "espira" que forma el circuito.
Comparación de los Experimentos
Al comparar ambos experimentos, concluimos que lo que varía en ambos casos es la cantidad de líneas de campo que atraviesan el circuito en el que se induce la corriente.
Ahora, formularemos matemáticamente esta conclusión.
- Por convención, la intensidad del campo magnético es igual al número de líneas de campo que atraviesan la unidad de superficie colocada perpendicularmente a ellas.
- Para saber el número de líneas que atraviesan una superficie S perpendicular a las líneas de campo, multiplicamos la intensidad por la superficie. Esta magnitud se llama flujo del campo magnético (Φ):
Φ = B * S
Si la superficie no es perpendicular a las líneas de campo, sino que forma un ángulo con ellas, el flujo magnético a través de esa superficie se calcula como:
Φ = B * S * cos(θ)
Donde θ es el ángulo entre el vector campo magnético y la perpendicular a la superficie.
- La unidad del flujo magnético en el Sistema Internacional es el tesla por metro cuadrado (T·m²), también llamada weber (Wb), en honor a Wilhem Weber (1804-1891).
La rapidez con la que varía el flujo magnético a través de una superficie se puede expresar como:
dΦ/dt
Utilizando el concepto de flujo, podemos afirmar:
Se induce una corriente eléctrica en un circuito si este es atravesado por un flujo magnético variable.