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Aránzazu González Mármol

I.E.S. Orden de Santiago
(Horcajo de Santiago - Cuenca-)

cienciaenhorcajo@gmail.com
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INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

 

Página web con interesantes prácticas para la visualización de estos fenómenos. Pincha aquí.

 

En la unidad anterior hemos estudiado el campo magnético y como partículas en movimiento o corrientes eléctricas crean un campo magnético. Es decir, campos magnéticos creados por partículas en movimiento. Eso fue descubierto por Oersted (1777 - 1851). Entonces, la pregunta estaba servida: ¿es capaz tambien un campo magnético crear una corriente eléctrica? En 1831, Michael Faraday lo comprobó experimentalmente y ya lo hemos visto en el laboratorio. John Henry llegó a conclusiones parecidas pero lo publicó en 1832. De ahí nació el concepto de inducción electromagnética.

1. Experiencias de Faraday: realizadas en el laboratorio, podéis volver a refrescar los resultados en este simulador. Buscad abajo en la página el simulador en español y descargar.

Faraday determinó que para que se produzca una corriente inducida inducida tiene que darse una variación en las líneas de inducción magnéticca que atraviesan el inducido.

Nota: inducido (donde se genera la corriente, ej la bobina), inductor (quien crea la corriente, ej el imán).

2. El flujo magnético: ya hemos visto el flujo eléctrico y gravitatorio, por lo que el concepto ya lo conocéis. Se define flujo magnético al número de líneas de inducción que atraviesan una determinada superficie. Dicho flujo se mide en Webber (Wb) o bien maxwell (Mx), sendos grandes científicos en este tema.

 

 3. Leyes de inducción magnética: hemos observado como dependiendo de la cara del imán que introduzcas, la velocidad con que lo muevas...., la corriente inducida es diferente. Para estudiarla vamos a ver las leyes de Faraday y la Ley de Lenz. Veámoslas:

Ley de Lenz: el sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la causa que lo originó. ¿Qué quiere decir esto? Que si, por ej, un imán se acerca por la cara norte a una espira, esta va a inducir una corriente que a la vez induzca un campo magnético cuyas líneas de campo vayan en sentido contrario, contra ese aumento de flujo entrante. Así, la corriente inducida va a tener sentido antihorario.

Ley de Faraday: cuando sobre un conductor cerrado en una zona donde existe un campo magnético, la fem inducida es igual y de signo contrario a la rapidez con que varía el flujo magnético en el circuito:

 

 

Experiencia de Henry: Henry realizó varios estudios sobre el campo electromagnético, como comprobar que un conductor que se mueve perpendiculamente a un campo magnético, entre sus extremos aparece una ddp que puede dar lugar a una corriente eléctrica. Dicha corriente inducida crea a su vez un campo magnético que se oponga a la variación del flujo magnético en el interior del flujo en el circuito formado:

3.1. Causas de la variación del flujo magnético: como podemos observar en la expresión de la Ley de Faraday para que haya una fem inducida y, con ello, una corriente electromagnética, debe variar el flujo magnético en el tiempo. Esta variación puede ser debida por tres causas diferentes:

a. Modificar B: acercando o alejando la fuente del campo magnético como un imán (como hemos comprobado en el laboratorio) o un solenoide por el que circula una corriente continua o bien, con un campo magnético B(t), como podemos hacer en un solenoide recorrido por una corriente alterna.

b. Modificar S: variando la forma o tamaño del circuito.

c. Modificar el ángulo formado entre B y S: si hacemos girar el conductor en el campo magnético.

Algunos ejercicios resueltos.

4. Otras formas de inducción: además de la inducción que hemos estudiado antes que se desprenden de las experiencias de Faraday y Henry, existen otros fenómenos de inducción muy importantes que suceden en dispositivos de uso común:

4.1. Autoinducción: consiste en la inducción de una corriente sobre sí misma. Para que se produzca, es necesario que varíe con el timepo la intensidad de corriente que recorre el circuito, algo que ocurre, por ejemplo, al abrir o cerrar el circuito. Por este fenómeno, la variación de la intensidad de la corriente en un circuito sea menos brusca, sino que la intensidad tarda más en establecerse al cerrar el circuito y tarda más en desaparecer al cerrarlo.

4.2. Inducción mutua: fenómeno que se da cuando dos circuitos están lo suficientemente cerca para ser capaces de inducir en el otro una corriente eléctrica. Normalmente ambos circuitos están unidos por un núcleo de hierro dulce que hace que el flujo B que pasa por cada uno de los circuitos sea el mismo. Inducción electromagnética

Las aplicaciones tecnológicas más importantes de este fenómeno son:

A. Los transformadores, dispositivos que se emplean para modificar el voltaje y la intensidad de una corriente alterna evitando pérdidas significativas de energía. Video 2.

B. Generadores eléctricos: dispositivo capaz de transformar otro tipo de energía en energía eléctrica. El primer generador conocido fue la pila (Alessandro Volta transformó energía química), siendo generadores de corriente copntinua, poco eficaces. Posteriormente, Nikola Tesla ideó el generador de corriente alterna o alternador. Una variación de este es la dinamo, que crea corriente continua.

Video generadores de corriente

Generador corriente continua (sin conmutador) o alterna (con conmutador)

C.  Motor eléctrico: dispositivo que, en esta ocasión, transforma la energía eléctrica en energía mecánica de movimiento. Para ello por la espira circula una correinte eléctrica con lo que esta al estar inmersa en un campo magnético sufrirá un par de fuerzas que hará que gire. Esa rotación se transforma en el movimiento deseado a través de un eje.

 

5. Síntesis de Maxwell: en el siglo XIX el físico Maxwell realizó la segunda síntesis de la física (la primera fue la realizada por Newton en torno a la        dinámica), en la cual a través de cuatro ecuaciones unió los fenómenos observados hasta ese momento de la electricidad y el magnetismo, y su interrelación.

Así, si conseguimos que una carga eléctrica oscile conseguiremos uncampo eléctrico variable que crea un campo magnético que también varía, de forma que creará un campo eléctrico variable y así indefinidamente. Con lo cual se propargarán una perturbación electromagnética, dando lugar a ondas electromagnéticas. Ambos campos son mutuamente perpendiculares.

En 1887 el físico Hertz logró detectar  en el laboratorio este tipo de ondas, propagándose a una velocidad de 3x108 m/s. Era la luz, una onda electromagnética que se propaga en el vacío.

 

AURORAS BOREALES: un espectáculo magnético. Pincha aquí y visiona el video de la NASA.