Inducción Electromagnética: Fundamentos, Leyes de Faraday y Lenz, y Fuerza Electromotriz Inducida

Leyes de Faraday y Lenz para la Inducción Electromagnética

Una vez demostrado que una corriente eléctrica era capaz de crear un campo magnético, algunos físicos especularon sobre la posibilidad de que un campo magnético pudiera generar una corriente eléctrica. Michael Faraday y Joseph Henry, a través de una serie de experimentos, lograron demostrar este fenómeno.

El experimento de Faraday parte de una espira conductora que no está conectada a ninguna fuente de alimentación eléctrica. Las observaciones clave de sus experimentos fueron las siguientes:

• Si se aleja o se acerca un imán a la espira, el galvanómetro detecta el paso de corriente eléctrica mientras el imán está en movimiento.
• Si se mantiene fijo el imán y se mueve la espira, el resultado es el mismo. Cuando hay un movimiento relativo entre el imán y la espira, aparecerá una corriente inducida. Si sustituimos el imán por un solenoide, se obtienen los mismos resultados.
• Si se mantienen fijos tanto la espira como el solenoide, se observa una corriente inducida en ellos al encender o apagar el interruptor que controla el paso de corriente en el solenoide.
• Si se mantienen fijos la espira y el solenoide, y se deforma la espira, también se detecta una corriente eléctrica inducida mientras se deforma.

En todas las experiencias anteriores se obtiene una corriente eléctrica en el circuito de la espira sin haberla conectado a ninguna fuente de alimentación. Esto quiere decir que se ha producido en el circuito una fuerza electromotriz que ha dado lugar a la corriente. Este fenómeno es denominado inducción electromagnética.

El Flujo Magnético

Para poder explicar el fenómeno de la inducción electromagnética, es necesario acudir al concepto de flujo magnético. El flujo del vector B a través de la superficie S representa el número de líneas de fuerza que atraviesan la superficie S y es igual al producto escalar de B por S:

La unidad del flujo magnético en el S.I. es el Weber (Wb).

Fuerza Electromotriz Inducida (FEM)

Faraday explicó los fenómenos de inducción electromagnética señalando que las experiencias en las que se produce una fuerza electromotriz inducida tienen lugar cuando hay una variación del flujo magnético que atraviesa el circuito. Se determinó que la fuerza electromotriz inducida era proporcional a la rapidez de la variación del flujo. Así, según la Ley de Faraday-Henry, la f.e.m. ( ) inducida en un circuito es igual a la variación por unidad de tiempo del flujo magnético ( ) que lo atraviesa:

De esta manera, por ejemplo, en la experiencia en la que se abría o cerraba el interruptor que regulaba el solenoide, el flujo variaba porque en esos momentos también lo hacía el valor del campo magnético producido por el solenoide (B = nl), ya que la corriente I pasaba de cero a su valor final, o viceversa.

Ley de Lenz

La Ley de Faraday-Henry explica el valor de la f.e.m. inducida, pero no su sentido. Este aspecto fue investigado por Heinrich Lenz. Según la Ley de Lenz, el sentido de la corriente inducida se opone a la variación del flujo que la produce.

Las leyes de Faraday-Henry y de Lenz se pueden sintetizar conjuntamente en la expresión: