Relación entre campo eléctrico y campo magnético

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Ley de Faraday y Lenz para la inducción electromagnética


Entre los años 1831 y 1832 científicos como Faraday y Henry observaron en laboratorio los efectos que producían los imanes en los conductores eléctricos, experimentos que, hasta entonces no tenían explicación.En todos ellos se observaba como,en determinadas condiciones,se creaba (se inducia) una corriente eléctrica en un conductor cuando se acercaba o alejaba un imán. A partir de estas experiencias se pudieron deducir las leyes de Faraday y Lenz.La ley de Lenz justifica hacia donde se dirige la corriente eléctrica inducida, mientras que la ley de Faraday nos da información para calcular cual es su valorEl enunciado de la ley de Lenz es:"Cuando varia el flujo magnético que atraviesa una bobina, esta reacciona de tal manera que se opone a esa variación Dicha oposición consiste en generar un flujo magnético propio que vaya en contra de la variación de flujo magnético externo”.Es decir, si el flujo aumenta, la bobina lo disminuirá y si disminuye lo aumentara. Para conseguir estos efectos, por la bobina se generaran corrientes que, a su vez, crearan un flujo magnético que se oponga a la variación. Se dice que en la bobina se ha inducido una corriente eléctrica, y, por lo tanto, existe una fuerza electromotriz inducida.Tal y como se ha dicho antes, la Ley de Lenz solamente habla de la forma en que se comporta la bobina pero no dice nada acerca de la magnitud de la corriente o de la fuerza electromotriz inducida. Para determinarla se recurre a la ley de Faraday, la cual determina el valor de la fuerza electromotriz inducida,y cuya expresión es: FORMULAEn donde E=fuerza electromotriz inducida.Se mide en voltios(V) 0=es el flujo que atraviesa la bobina y se mide en Webers(Wb) n=numero de vueltas que da la bobina.Sin unidades.En el siguiente se aprecia un ejemplo del comportamiento de una bobina de una única vuelta que es atravesás por un campo magnético creciente B.Al atravesar la bobina,esta reacciona oponiéndose a dicho incremento de flujo magnético con lo que se induce una corriente I en sentido horario que genera a su vez un campo magnético inducido Bi,opuesto a B. IMAGEN


Al atravesar la bobina,esta reacciona oponiéndose a dicho incremento de flujo magnético con lo que se induce una corriente I en sentido horario que genera a su vez un campo magnético inducido Bi,opuesto a B. IMAGEN  Ley de Lorentz.Cuando un conductor rectilíneo se mueve perpendicularmente en un campo magnético constante surge en el una diferencia de potencial entre sus extremos. En efecto, aplicando la Ley de Lorentz sobre las cargas de un conductor neutro que se mueve con velocidad “v” perpendicularmente a un campo magnético “B” se puede observar que aparecen unas fuerzas magnéticas tal y como se muestra a continuación. IMAGEN Esta fuerza magnética no va a provocar ningún movimiento en las cargas positivas, ya que al encontrarse en los núcleos atómicos,están fijas en la estructura del conductor. En cambio, las cargas negativas son libres de moverse por todo el conductor, por lo que los electrones se desplazarán hacia la parte superior del conductor dejando en la parte inferior una acumulación de protones desparejados. Así pues se irá acumulando carga eléctrica negativa en la parte superior y carga eléctrica positiva en la parte inferior, tal y como se muestra a continuación. IMAGENEste proceso no continúa indefinidamente, ya que la acumulación de carga en los extremos va a provocar la aparición de un campo eléctrico dirigido desde la parte positiva hacia la parte negativa (igual que en un condensador eléctrico). Dicho campo eléctrico va a contrarrestar el efecto magnético, debido a que fuerzas eléctricas y magnéticas van a estar orientadas en sentido opuesto. IMAGENAsi pues el equilibrio se alcanzará cuando el campo eléctrico sea lo suficientemente grande como para que la fuerza eléctrica anule la fuerza magnética.


En ese momento cesará la acumulación de carga en los extremos.Dado que ha aparecido un campo eléctrico entre los extremos del conductor,este efecto provoca una diferenciq de potencial entre dichos extremos (igual que una pila). Asumiendo que el conductor tiene um longitud “d" y que el campo eléctrico E es constante, la diferencia de potencial entre los extremos del conductor es ∆V=E×d Teniendo en cuenta que las fuerzas magnética y eléctrica se van a anular podemos obtener la siguiente expresión:Fm=q×(v×B) Fe=q×E ➡Fe=Fm➡E=v×B Con lo que la diferencia de potencial,expresada en función de los valores iniciales de velocidad,longitud del conductor y campo magnético,coge la siguiente expresión: ∆V=v×B×d

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