Inducción Electromagnética: Leyes de Faraday, Henry y Lenz | Generación de Corriente Alterna

Inducción Electromagnética: Leyes de Faraday y Henry

La inducción electromagnética es la generación de corrientes eléctricas a partir de campos magnéticos variables. Faraday y Henry, tras investigar si la generación de electricidad a partir del magnetismo era posible, lo confirmaron bajo ciertas condiciones:

1. Si se une una bobina a un galvanómetro y se coloca en las proximidades de un imán, el galvanómetro no indicará nada (no hay corriente si no hay movimiento relativo).
2. Si se acerca o aleja uno de los polos del imán, el galvanómetro indica paso de corriente (mientras dura el desplazamiento).
3. Se observa el mismo fenómeno si lo que se desplaza es la bobina.
4. Si sustituimos el imán por un solenoide recorrido por una corriente continua, el efecto es el mismo.
5. Si frente a un circuito inductor (que genera el campo magnético) colocamos uno inducido (formado por una bobina y un galvanómetro), cada vez que cerremos o abramos el circuito inductor, o se varíe la corriente que lo recorre, en el circuito inducido, el galvanómetro indicará un paso de corriente mientras duren las variaciones.
6. Las corrientes que se generan se llaman corrientes inducidas, y el fenómeno de su generación, inducción electromagnética.

En todas estas situaciones con corrientes inducidas, hay una variación de flujo magnético a través del circuito en el que aparecen dichas corrientes.

Ley de Faraday-Henry

La ley de Faraday-Henry establece lo siguiente:

1. Toda variación de flujo magnético que atraviesa un circuito produce en él una fuerza electromotriz (FEM) inducida.
2. La FEM inducida solo existe mientras dure la variación de flujo.
3. La FEM inducida origina corrientes eléctricas inducidas en el circuito.

La FEM de un generador es la energía necesaria para que circule por el circuito la unidad de carga; se mide en voltios y viene dada por la ley de Faraday:

"La fuerza electromotriz inducida es igual a la variación de flujo magnético por unidad de tiempo":

E = -dΦ/dt

Para el cálculo del flujo con una bobina de N espiras:

Φ = N * B * S * cos(α)

Donde:

• Φ es el flujo magnético.
• N es el número de espiras de la bobina.
• B es la intensidad del campo magnético.
• S es la superficie de la espira.
• α es el ángulo entre el vector superficie de la espira y el vector campo magnético.

Ley de Lenz

"El sentido de la corriente inducida se opone a la causa que la produce":

E = -dΦ/dt

El signo negativo en la ley de Faraday es una consecuencia de la ley de Lenz. Si acercamos el polo norte de un imán a una bobina, la corriente tendrá sentido antihorario, y si lo alejamos, horario:

1. La corriente que se induce produce calor por efecto Joule.
2. Esta energía proviene del movimiento del imán (o de la variación del campo magnético).
3. El imán debe perder parte de su energía cinética (si es el imán el que se mueve).
4. Esto significa que la corriente eléctrica inducida debe crear un campo magnético que se oponga al cambio que la origina. En el ejemplo del imán, la corriente inducida crea un campo magnético del mismo sentido que el que crearía un imán con su polo norte enfrentado al polo norte del imán inductor.

Generación de Corriente Alterna: El Alternador

Un alternador es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica en forma de corriente alterna. Consta de una bobina plana formada por N espiras que gira con una velocidad angular ω constante en el seno de un campo magnético uniforme de intensidad B.

En la bobina se induce una fuerza electromotriz (FEM) al variar el flujo que la atraviesa:

Φ = N * B * S * cos(ωt)

La FEM inducida varía sinusoidalmente con el tiempo en función del ángulo (ωt) que forma el vector normal a la espira con el vector intensidad de campo magnético. Cuando formen 90º:

ε = N * B * S * ω * sin(ωt)

ε_max = NBSω

Según la Ley de Ohm (intensidad de corriente):

I = ε / R = (N * B * S * ω / R) * sin(ωt) = I_max * sin(ωt)

Donde:

• I es la intensidad de corriente.
• ε es la fuerza electromotriz inducida.
• R es la resistencia del circuito.
• I_max es la intensidad máxima.