Inducción Electromagnética: Principios Clave de Faraday y Lenz
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1. Principios de la Inducción Electromagnética
a) Ley de Faraday-Henry
La Ley de Faraday-Henry establece que la fuerza electromotriz (FEM) inducida en un circuito sometido a un flujo magnético variable es igual y de signo contrario a la rapidez con que varía el flujo magnético que lo atraviesa.
b) Efecto del Aumento de Corriente
Si aumenta la intensidad de la corriente...
2. Aplicación de la Ley de Lenz
a) Sentido de la Corriente Inducida
«El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la produce.»
La Ley de Lenz nos dice que los voltajes inducidos tendrán un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que los produjo.
En este caso, el campo magnético debido a la corriente inducida se opone al aumento de flujo saliente del campo del imán. La corriente inducida irá en sentido de las manecillas del reloj para generar un campo magnético (B) neutralizador dirigido hacia adentro de la espira.
b) Variación del Flujo Magnético en una Espira
La espira que no estaba siendo atravesada por ninguna línea de campo empieza a ser atravesada según se introduce en el campo. La magnitud que está cambiando en la espira es el flujo, que aumenta de valor, de modo que se induce una corriente eléctrica que pretende paliar el efecto del aumento de flujo.
La FEM que se induce durante este proceso lo hace en el sentido de las agujas del reloj, ya que de este modo se opone a dicho aumento de flujo.
Si en lugar de penetrar en el campo, lo que hace es abandonarlo, el proceso que se tiene que producir es el contrario al explicado. Como el flujo disminuye, en la espira se induce una fuerza electromotriz con su corriente en sentido contrario a las agujas del reloj.
3. Comportamiento de una Espira en un Campo Magnético
a) Flujo y Corriente Inducida
Conforme penetra en el campo magnético, el flujo que atraviesa la espira irá aumentando. Como hay una variación del flujo, según la Ley de Faraday-Lenz, aparece una fuerza electromotriz que genera una corriente eléctrica que se opone a la variación del flujo.
Cuando se mueve en el seno del campo magnético, el flujo que atraviesa la espira no cambia y no se produce ninguna corriente inducida.
Al salir del campo magnético, el flujo que atraviesa la espira disminuirá y se producirá una corriente inducida que se opondrá a ese cambio.
b) Fuerza sobre la Espira y Ley de Laplace
Al entrar y al salir del campo, como en el circuito se genera una corriente eléctrica, la parte del circuito que se encuentre en el seno del campo magnético interactuará con este, que ejercerá una fuerza:
F = I·l·B sen α
Deberemos ejercer una fuerza del mismo módulo y dirección, pero de sentido contrario a la dada por la Ley de Laplace para conseguir desplazar la espira con velocidad constante.
4. Consideraciones sobre el Flujo Magnético y la FEM Inducida
a) Flujo Magnético Nulo
No puede asegurarse. El flujo viene dado por la siguiente expresión [Expresión faltante en el original]. Por lo tanto, el flujo puede ser nulo existiendo un campo magnético cuando α = 90º, ya que cos(90º) = 0.
b) Dependencia de la FEM Inducida
No, la fuerza electromotriz inducida depende de la rapidez con que varía el flujo, no de su valor [Aclaración o expresión faltante en el original].
6. Inducción Electromagnética: Ley de Faraday-Lenz
a) Definición y Principios Fundamentales
Llamamos inducción electromagnética a la generación de corriente eléctrica en un circuito por efecto de un campo magnético.
Tanto Faraday como Lenz explican las características de este fenómeno:
- El origen de la corriente inducida reside en la variación del campo magnético que atraviesa la superficie delimitada por la espira (según Lenz).
- Dicho de otra forma, está originada por la variación de flujo magnético que atraviesa la espira (según Faraday).
- El sentido de la corriente es tal que origina un nuevo campo magnético inducido (Bind), que se opone a la variación del campo magnético existente (según Lenz).
- Se opone a la variación del flujo (según Faraday).
Teniendo en cuenta todo esto, llegamos a la Ley de Faraday-Lenz sobre la inducción electromagnética:
«La corriente inducida en un circuito es originada por la variación del flujo magnético que atraviesa dicho circuito. Su sentido es tal que se opone a dicha variación.»
La expresión de esta ley es: E = -dΦm/dt