Contenido: Flujo magnético. Fuerza electromotriz inducida. Ley de Faraday. El generador de corriente alterna. Ley de Lenz. Ondas electromagnéticas.
Objetivo: Al finalizar la competencia describirá los fundamentos teóricos de el flujo magnético, sin error.
Flujo magnético
Sabemos que la producción de corriente eléctrica requiere el consumo de una forma de energía. Hasta la época de Faraday, sólo la energía química era convertida en energía eléctrica, en forma aprovechable, por medio de las pilas o baterías. Pero este proceso no es adecuado para producir grandes cantidades de energía eléctrica, como las que se necesitan para iluminar las o alimentar las industrias.
En 1831, Faraday descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética, que provocó una verdadera revolución en el estudio del electromagnetismo.
Gracias a este descubrimiento fue posible construir los generadores eléctricos, máquinas cuyo funcionamiento se basa en el fenómeno de la inducción electromagnética, y que transforman energía mecánica en energía eléctrica.
Fuerza electromotriz inducida
– Conductor en movimiento dentro de un campo magnético: Consideremos un conductor metálico que se mueve con una velocidad vr, perpendicularmente a las líneas de inducción de un campo magnético Br.
– Corriente inducida en un circuito: Supongamos que la barra CD, al desplazarse se mantiene apoyada sobre un carril metálico, GEFH, como se indica. De esta manera tendremos un circuito eléctrico cerrado, constituido por la barra y carril.
Debido a la diferencia de potencial que existe entre los extremos de la barra, se establecerá una corriente en dicho circuito en el sentido CEFD.
Como esta corriente fue establecida por la f.e.m. inducida en la barra, se denomina corriente inducida.
Otros ejemplos de f.e.m. inducida: El científico inglés Michael Faraday, realizando un gran número de experimentos.
Al acercar el polo de un imán a una espira que se encuentra en reposo, se observa que surge una corriente en dicha espira (detectada por el amperímetro A). Si se interrumpe el movimiento del imán, la corriente desaparece de inmediato, y si alejamos dicho imán, la corriente vuelve a aparecer en ella, pero con sentido contrario al del caso anterior.
Si una corriente se produce en la espira, ello se debe a la existencia de una f.e.m. causante de la misma.
Ley de Faraday
Qué es el flujo magnético. Para entender la ley descubierta por Faraday acerca de la f.e.m. inducida, se necesita un concepto muy importante que analizaremos a continuación: el concepto de flujo magnético.
Consideremos una superficie plana, de área A, colocada en un campo magnético uniforme Br.
Trazando una perpendicular a la superficie, designemos por q el ángulo formado por dicha normal N con el vector Br. El flujo magnético que pasa a través de esta superficie se representará por la letra (fi).
Faraday logró darse cuenta de la existencia de un hecho común a todas las situaciones en las que aparecía una f.e.m. inducida.
Analizando un gran número de experimentos que él mismo realizó, Faraday halló que siempre que una f.e.m inducida se creaba en un circuito, estaba ocurriendo una variación del flujo magnético a través del mismo.
El generador de corriente alterna
Acabamos de aprender que una f.e.m. es inducida en un circuito siempre que varía el flujo magnético que lo atraviesa (ley de Faraday).
Ahora veremos cómo se utiliza este principio básico en la construcción de generadores eléctricos, es decir, de máquinas capaces de producir .grandes cantidades de energía eléctrica por inducción electromagnética rotacional.
Ley de lenz
La corriente inducida electromagnética-mente en un circuito aparece siempre con un sentido tal que el campo magnético que produce tiende a oponerse a la variación del flujo magnético que atraviesa dicho circuito.
En otras palabras, la ley de Lenz expresa que:
1) cuando la corriente inducida se establece en virtud de un aumento del flujo magnético, su sentido es tal que el campo magnético que origina tiene sentido contrario al campo magnético existente a través del circuito.
2) cuando la corriente inducida se establece en virtud de una disminución del flujo magnético, su sentido es tal que el campo magnético que produce tiene el mismo sentido que el campo magnético existente a través del circuito.
Los ejemplos siguientes son una ilustración de la forma en que podemos emplear la ley de Lenz para determinar el sentido de la corriente inducida en un circuito.
Ondas electromagnéticas
El trabajo más notable en el campo del Electromagnetismo fue realizado hace casi 100 años por el célebre físico escocés James Clerk Maxwell.
Basándose en las leyes experimentales descubiertas por Coulomb, Ampere y Faraday, y añadiendo a ellas nuevas concepciones creadas por él mismo, este científico desarrolló un conjunto de ecuaciones que actualmente se conoce como ecuaciones de Maxwell, en las cuales se sintetizan todos los conocimientos adquiridos acerca de los fenómenos electromagnéticos hasta aquella época.
Podemos decir que las ecuaciones de Maxwell en Electricidad, desempeñan el mismo papel que las leyes de Newton en Mecánica.
La consecuencia más importante a que se llegó mediante esas ecuaciones fue la previsión de la existencia de las ondas electromagnéticas, que actualmente se conocen ampliamente y son utilizadas en alto grado en la Ciencia y la Tecnología.
Fuente: Apuntes de la materia de física 2 / unideg