Inducción Electromagnética: Principios y Leyes de Faraday y Lenz

Inducción Electromagnética: Leyes de Faraday y Lenz

Este documento explora los principios fundamentales de la inducción electromagnética, centrándose en las leyes de Faraday y Lenz, el valor de la fuerza electromotriz inducida y el sentido de la corriente. Se incluyen observaciones experimentales clave y el concepto de flujo magnético.

1. Observaciones Experimentales de Faraday

Faraday demostró, a través de una serie de experiencias, cómo la variación del campo magnético que atraviesa un circuito cerrado produce una corriente eléctrica en dicho circuito.

1.1. Primera Experiencia

Si movemos un imán junto a una bobina, en esta se observa la aparición de una corriente inducida que es registrada en el galvanómetro. Si el imán está en reposo, no se crea corriente.

El valor de la corriente inducida está relacionado con:

• El sentido del movimiento del imán.
• La velocidad con la que se mueve.
• El cambio de ángulo entre el imán y la bobina.

También es distinto si se cambia la polaridad del imán o si el imán está quieto y lo que se mueve es la bobina.

1.2. Segunda Experiencia

Se coloca la misma bobina conectada al galvanómetro y se sustituye el imán por una segunda bobina conectada a una pila.

Al repetir las experiencias del experimento 1, se obtienen idénticos resultados: mover la bobina en uno y otro sentido, cambiar la velocidad y el ángulo. La segunda bobina se comporta como un imán.

La bobina con corriente se denomina primario o inductor, y la espira conectada al galvanómetro, en la que se induce la corriente, secundario o inducido.

1.3. Tercera Experiencia

Utilizando el mismo montaje que en el experimento 2, se dejan en reposo los dos circuitos. En esta situación, conectamos y desconectamos la corriente de la bobina.

• En el momento de conectar la corriente, la aguja del galvanómetro se desvía, volviendo rápidamente al reposo.
• Al desconectar, se desvía en sentido contrario.

1.4. Experiencia de Henry

Al mismo tiempo que Faraday realizaba sus experiencias, Henry comprobó, mediante otra, que también se induce corriente en un circuito si cambia la sección de la espira.

2. Concepto de Flujo Magnético

Realmente, lo que debe cambiar es el valor del flujo magnético en el interior de la espira o bobina, Φ = SB, y se mide en Wb (Weber).

Si la superficie no está colocada perpendicularmente a las líneas de campo, sino que forma con ellas cierto ángulo, el flujo magnético a través de esa superficie viene dado por Φ = SB cosα. El ángulo α es el formado por el vector campo magnético (B) y la perpendicular a la superficie (vector normal).

3. Ley de Faraday-Henry de la Inducción Electromagnética

En sus experimentos, Faraday y Henry demuestran que la fuerza electromotriz (fem) inducida varía proporcionalmente a la velocidad de variación del flujo magnético. La expresión matemática de esta ley es:

ε = -ΔΦ/Δt

La fuerza electromotriz (fem), ε, inducida en un circuito por un campo magnético es directamente proporcional a la variación del flujo magnético a través del circuito e inversamente proporcional al tiempo empleado en variar el flujo. El signo negativo indica la dirección de la fem inducida, según la Ley de Lenz.

En definitiva, es posible generar corriente inducida en un circuito si se varía alguno de los factores del flujo magnético; es decir, si cambia la intensidad del campo magnético (B), el valor de la superficie de la espira (S) o el ángulo (α) que forman el campo magnético y la superficie.

4. Ley de Lenz

La Ley de Lenz establece: «El sentido de la corriente inducida en un circuito es tal que se opone a la variación de flujo que se produce en el circuito».

Esto significa que la corriente inducida circula en un sentido tal que crea un campo magnético que se opone a la variación de flujo que lo ha creado.

Por ejemplo, si la variación de flujo se ha producido por el acercamiento de un polo Norte, la corriente inducida tendrá el sentido necesario para crear un campo magnético con un polo Norte en la cara enfrentada al imán que se acerca, repeliéndolo y oponiéndose así a su movimiento.

5. Representación Gráfica

Se recomienda realizar los dibujos correspondientes para facilitar la explicación de los fenómenos descritos, ilustrando las experiencias de Faraday, el concepto de flujo magnético y la aplicación de la Ley de Lenz.