Inducción Electromagnética: Fundamentos y Aplicaciones en Dispositivos

Inducción Electromagnética

La inducción electromagnética fue explicada por Faraday como el origen de las corrientes inducidas por la variación de las líneas del campo magnético que atraviesan un circuito. La magnitud que mide el número de líneas del campo magnético que atraviesa una superficie dada es el flujo magnético. Si B es constante:

Si B no es constante:

Las unidades del flujo son el weber (Wb), donde 1 Wb = 1 T·m², y el maxwell (Mx), donde 1 Mx = 10^-8 Wb. La inducción electromagnética se rige por la ley de Lenz, que determina el sentido de la corriente inducida, y la ley de Faraday, que establece la magnitud de la fuerza electromotriz.

Magnetismo Natural

Un electrón que gira alrededor del núcleo es una carga en movimiento, o corriente eléctrica, y crea un campo magnético B. Este campo se somete a un movimiento de fuerza F cuando se encuentra en el seno de un campo magnético que orienta su órbita. Sin el campo magnético B, las órbitas se orientan al azar. Cuando se introduce un material en un campo magnético B, este se comporta de las siguientes maneras:

• Diamagnéticos (cobre): La mayor parte de los dipolos se orientan en sentido contrario al campo magnético extremo, presentando una cierta repulsión hacia él.
• Paramagnéticos (aluminio): Se orientan solo parcialmente.
• Ferromagnéticos (hierro): Se orientan y refuerzan el campo magnético.

Espectrómetro de Masas

El espectrómetro de masas permite separar iones en función de su relación carga-masa. Se utiliza para determinar la masa y abundancia de isótopos y analizar estructuras moleculares. Es un acelerador de partículas cargadas que, dada la energía cinética que adquieren, se utiliza en el bombardeo de núcleos atómicos, provocando reacciones nucleares que permiten conocer la estructura del núcleo y conseguir material radiactivo.

Ciclotrón

El ciclotrón es un tipo de acelerador de partículas. Su funcionamiento se basa en los siguientes pasos:

1. Aceleración de la carga mediante la aplicación de un voltaje.

2. Giro en un campo magnético B describiendo una semicircunferencia de radio.

3. Cambio de polaridad (corriente alterna).
4. Nueva aceleración de la partícula con la aplicación de un campo eléctrico, con lo que adquiere una velocidad.

5. Giro en un campo magnético perpendicular a su velocidad v, describiendo una semicircunferencia de radio.

Galvanómetro

El galvanómetro es un aparato de gran sensibilidad que mide corrientes eléctricas débiles. Consta de varias espiras situadas en un campo magnético B que se ven sometidas a un aumento de fuerzas.

De ese valor cuando circula por ellos una corriente eléctrica (momento magnético: I·s = m).

Generadores y Motores de Corriente

Generador de Corriente Continua

Un generador, si produce corriente continua, debe utilizar una dinamo. Los contactos de la bobina con el circuito se realizan mediante un anillo partido o conmutador, que invierte la polaridad de la fuerza electromotriz inducida cada medio ciclo, así siempre es en el mismo sentido.

Generador de Corriente Alterna (Alternador)

Un generador de corriente alterna, o alternador, considera una bobina N y S que gira con una velocidad angular en el seno de un campo magnético B uniforme y perpendicular a su eje. Esto provoca una variación periódica del flujo magnético que atraviesa la espira, lo que produce una carga inducida.

Motor de Corriente

El diseño de un motor de corriente es parecido a un generador, pero por la bobina se hace circular una corriente. Al situar una bobina en un campo magnético uniforme, se somete a un par de fuerzas que tienden a orientarla perpendicularmente al campo. Al hacer girar una espira en un campo magnético, se genera una fuerza electromotriz autoinducida, o fuerza contraelectromotriz, que tiende a contrarrestar la fuerza electromotriz dada por la corriente.