INDUCCION ELECTROMAGNETICA
La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por campos magnéticos variables con el tiempo. James Clerk Maxwell consiguió reunir en una sola teoría los conocimientos básicos sobre la electricidad y el magnetismo, Su teoria electromagnetico predijo la existencia de ondas electromagneticas antes de ser descubiertas,Heinrich Rudolf Hertz comprobó su existencia e inició para la humanidad la era de las telecomunicaciones.
Hans Christian Oersted descubrio que la corriente eléctrica produce un campo magnético esto hizo que la imaginacion de muchos fisicos y cientificos se extendiera y empesaran a experimentar y buscart nuevas teorias para el electromagnetismo o la electricidad y el magnetismo, tiempo despues se produjo la idea inversa de corrientes eléctricas mediante campos magnéticos. muchos cientificos quisieron demostrar la existencia de este en la naturalesa pero fue Faraday quien pudo demostrarlo en estas condiciones .
A las corrientes eléctricas producidas mediante campos magnéticos Michael Faraday las llamó corrientes inducidas. Desde entonces al fenómeno consistente en generar campos eléctricos a partir de campos magnéticos variables se denomina inducción electromagnética.La inducción electromagnética constituye una pieza destacada en ese sistema de relaciones mutuas entre electricidad y magnetismo que se conoce con el nombre de electromagnetismo.Pero, además, se han desarrollado un sin número de aplicaciones prácticas de este fenómeno físico. El transformador que se emplea para conectar una calculadora a la red, la dinamo de una bicicleta o el alternador de una gran central hidroeléctrica son sólo algunos ejemplos que muestran la deuda que la sociedad actual tiene contraída con ese modesto encuadernador convertido, más tarde, en físico experimental que fue Faraday.
Michael Faraday en el electromagnetismo
Las experiencias que llevaron a Faraday al descubrimiento de la inducción electromagnética pueden ser agrupadas en dos categorías: experiencias con corrientes y experiencias con imanes. En primer lugar preparó dos solenoides, uno arrollado sobre el otro, pero aislados eléctricamente entre sí. Uno de ellos lo conectó a una pila y el otro a un galvanómetro y observó cómo cuando accionaba el interruptor del primer circuito la aguja del galvanómetro del segundo circuito se desplazaba, volviendo a cero tras unos instantes. Sólo al abrir y al cerrar el interruptor el galvanómetro detectaba el paso de una corriente que desaparecía con el tiempo. Además, la aguja se desplazaba en sentidos opuestos en uno y otro caso.En el segundo grupo de experiencias Faraday utilizó un imán recto y una bobina conectada a un galvanómetro. Al introducir bruscamente el imán en la bobina observó una desviación en la aguja, desviación que desaparecía si el imán permanecía inmóvil en el interior de la bobina. Cuando el imán era retirado la aguja del galvanómetro se desplazaba de nuevo, pero esta vez en sentido contrario. Cuando repetía todo el proceso completo la aguja oscilaba de uno a otro lado y su desplazamiento era tanto mayor cuanto más rápido era el movimiento del imán entrando y saliendo en el interior de la bobina. Lo mismo sucedía cuando mantenía quieto el imán y movía la bobina sobre él.
Experimentos en electromagnetismio
Al mover un iman permanentemente por el interior de las espiras de ujna bobina solenoide y formada por espiras de alambre de color, se genera de inmediato una fuierza electromotriz, en pocas palabras lo que pasa es quye la corriente electrica trata de salir por las espiras de la bobina producida por la induccion electromagnetica del iman en movimiento.
Ahora conectamos a este sircuito una sgunda bobina esta ara el papel de fuente electrica ,la corriente al circular por esta otra bobina crea a su alrededor un “campo electromagnético”, capaz de inducir, a su vez, corriente eléctrica en una tercera bobina.
Por ejemplo, si colocamos una tercera bobina solenoide (C) junto a la bobina (B), sin que exista entre ambas ningún tipo de conexión ni física, ni eléctrica y conectemos al circuito de esta última un galvanómetro (G), observaremos que cuando movemos el imán por el interior de (A), la aguja del galvanómetro se moverá indicando que por las espiras de (C), fluye corriente eléctrica provocada, en este caso, por la “inducción electromagnética” que produce la bobina (B). Es decir, que el “campo magnético” del imán en movimiento produce “inducción magnética” en el enrollado de la bobina (B), mientras que el “campo electromagnético” que crea la corriente eléctrica que fluye por el enrollado de esa segunda bobina produce “inducción electromagnética” en una tercera bobina que se coloque a su lado.
El campo magnético del imán en movimiento dentro de la bobina solenoide (A), provoca que, por. “inducción magnética”, se genere una corriente eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) en esa bobina. Si. instalamos al circuito de (A) una segunda bobina (B), la corriente eléctrica que comenzará a circular por. sus espiras, creará un “campo electromagnético” a su alrededor, capaz de inducir, a su vez, pero ahora. por “inducción electromagnética”, una corriente eléctrica o fuerza electromotriz en otra bobina (C). La. existencia de la corriente eléctrica que circulará por esa tercera bobina se podrá comprobar con la ayuda. de un galvanómetro (G) conectado al circuito de esa última bobina.
Conectemos ahora una pila al circuito de una bobina solenoide (S1) y un galvanómetro al circuito de una segunda bobina solenoide (S2). El circuito que forman la pila y la bobina solenoide S1 se encuentra cerrado por medio de un interruptor, por lo que la corriente que suministra la pila, al fluir por las espiras del alambre de cobre de la bobina, crea un campo magnético constante fijo a su alrededor, que no induce corriente alguna en la bobina S2, tal como se puede observar en la aguja del galvanómetro, que se mantiene en “0”.
Pero si ahora moviéramos la bobina S1 hacia arriba y hacia abajo, manteniendo fija en su sitio a la bobina S2, el campo electromagnético de la bobina S1, ahora en movimiento, inducirá una corriente eléctrica en la bobina S2, cuyo flujo o existencia registrará la aguja del galvanómetro.
FLUJO MAGNETICO
La representación de la influencia magnética de un imán o de una corriente eléctrica en el espacio que les rodea mediante líneas de fuerza fue ideada por Faraday y aplicada en la interpretación de la mayor parte de sus experimentos sobre electromagnetismo. Mediante este tipo de imágenes Faraday compensaba su escasa preparación matemática, apoyándose así su enorme habilidad gráfica y su no inferior intuición científica. La noción de flujo magnético recoge esa tradición iniciada por Faraday de representar los campos mediante líneas de fuerza, pero añade, además, un significado matemático.
Cuando se observa, con la ayuda de limaduras de hierro, el campo magnético creado por un imán recto, se aprecia que, en los polos, las líneas de fuerza están más próximas y que se separan al alejarse de ellos. Dado que la intensidad del campo magnético B disminuye con la distancia a los polos, parece razonable relacionar ambos hechos y establecer por convenio una proporcionalidad directa entre la intensidad del campo B y la cantidad de líneas de fuerza que atraviesan una superficie de referencia unidad. Cuanto más apretadas están las líneas en una región, tanto más intenso es el campo en dicha región.
El número de líneas de fuerza del campo B que atraviesa una superficie unidad depende de cómo esté orientada tal superficie con respectó a la dirección de aquéllas. Así, para un conjunto de líneas de fuerza dado, el número de puntos de intersección o de corte con la superficie unidad será máximo para una orientación perpendicular y nulo para una orientación paralela. El número de líneas de fuerza del campo B que atraviesa perpendicularmente una superficie constituye entonces una forma de expresar el valor de la intensidad de dicho campo.
Se define el flujo del campo magnético B a través de una superficie, y se representa por la letra griega Φ, como el número total de líneas de fuerza que atraviesan tal superficie. En términos matemáticos, para un campo magnético constante y una superficie plana de área S,el flujo magnético se expresa en la forma:
Φ = B.S.cos φ
(12.1)
siendo φ el ángulo que forman las líneas de fuerza (vector B) con la perpendicular a la superficie. Dicha ecuación recoge, mediante el cos φ, el hecho de que el flujo varíe con la orientación de la superficie respecto del campo B y también que su valor dependa del área S de la superficie atravesada. Para φ = 0° (intersección perpendicular) el flujo es máximo e igual a B.S; para φ = 90° (intersección paralela) el flujo es nulo.
La idea de flujo se corresponde entonces con la de « cantidad » de campo magnético que atraviesa una superficie determinada. En el Sistema Internacional se expresa en wéber(Wb). Un wéber es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 volt si se anula dicho flujo en 1 segundo por crecimiento uniforme.
Cuando se observa, con la ayuda de limaduras de hierro, el campo magnético creado por un imán recto, se aprecia que, en los polos, las líneas de fuerza están más próximas y que se separan al alejarse de ellos. Dado que la intensidad del campo magnético B disminuye con la distancia a los polos, parece razonable relacionar ambos hechos y establecer por convenio una proporcionalidad directa entre la intensidad del campo B y la cantidad de líneas de fuerza que atraviesan una superficie de referencia unidad. Cuanto más apretadas están las líneas en una región, tanto más intenso es el campo en dicha región.
El número de líneas de fuerza del campo B que atraviesa una superficie unidad depende de cómo esté orientada tal superficie con respectó a la dirección de aquéllas. Así, para un conjunto de líneas de fuerza dado, el número de puntos de intersección o de corte con la superficie unidad será máximo para una orientación perpendicular y nulo para una orientación paralela. El número de líneas de fuerza del campo B que atraviesa perpendicularmente una superficie constituye entonces una forma de expresar el valor de la intensidad de dicho campo.
Se define el flujo del campo magnético B a través de una superficie, y se representa por la letra griega Φ, como el número total de líneas de fuerza que atraviesan tal superficie. En términos matemáticos, para un campo magnético constante y una superficie plana de área S,el flujo magnético se expresa en la forma:
Φ = B.S.cos φ
(12.1)
siendo φ el ángulo que forman las líneas de fuerza (vector B) con la perpendicular a la superficie. Dicha ecuación recoge, mediante el cos φ, el hecho de que el flujo varíe con la orientación de la superficie respecto del campo B y también que su valor dependa del área S de la superficie atravesada. Para φ = 0° (intersección perpendicular) el flujo es máximo e igual a B.S; para φ = 90° (intersección paralela) el flujo es nulo.
La idea de flujo se corresponde entonces con la de « cantidad » de campo magnético que atraviesa una superficie determinada. En el Sistema Internacional se expresa en wéber(Wb). Un wéber es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 volt si se anula dicho flujo en 1 segundo por crecimiento uniforme.
EJERCICIOS
Problema n° 1) Un alambre lleva 200 A. ¿Cuál es la inducción magnética en un punto situado a 1,5 m del alambre?.
Desarrollo
Datos:
I = 200 A
r = 1,5 m
B = μ o.I/2.π.r
B = 4.π.10-7 (N/A ²).200 A/2.π.1,5 m
B = 2,67.10-5 N/A.m
Problema n° 2) Sobre una barra de madera de 100 cm de longitud y 1 cm2 de sección transversal se enrollan 10000 vueltas de alambre. La corriente es de 2 A. Se pregunta:
a) ¿Cuál es la inducción magnética?.
b) ¿Qué flujo total produce la corriente en la bobina?.
Desarrollo
Datos:
l = 1 m
S = 0,0001 m ²
N = 10000 vueltas
I = 0,2 A
S círculo = S cuadrado
π.r ² = 0,0001 m ²
r = (0,0001 m ²/ π)1/2
r = 0,0056 m
a)
B = μ o.I.N/2.r
B = 4.π.10-7 (N/A ²).0,2 A.10000/2.0,0056 m
B = 0,2227 N/A.m
b)
Φ = B.S
Φ= 0,2227 (N/A.m).0,0001 m ²
Φ = 2,227.10-5 Wb
