Inducción electromagnética. Ley de Faraday y fem inducida por un conductor en movimiento
Introducción
¡Me da mucho gusto saludarte! Espero te halles pleno de salud y actitud por demás positiva. Estamos iniciando el tema general de la inducción electromagnética.
Nuestro objetivo es conocer y aprender de las aplicaciones del electromagnetismo en nuestro entorno cotidiano y académico; con este fin de vida, de encontrar la aplicación a lo que estudiamos, primeramente deberemos aprender los principios que rigen esta área de estudio en la Física.
Estudiaremos la ley de Faraday para entender cómo se induce la fem que genera una corriente eléctrica a través de un conductor que se mueve cortando las líneas de flujo de un campo magnético. Una vez inmersos en el estudio de la ley de Faraday aprenderemos cómo variar el flujo magnético que nos conduzca a la inducción de la fem que genera la corriente.
Aprenderemos después a calcular la fem inducida en un conductor en movimiento, cuya velocidad forma un ángulo
con la dirección del campo magnético B.
¡Iniciemos nuestro tema! ¡Ánimo!
Desarrollo del tema
Ley de Faraday
Michael Faraday (1791-1867), científico inglés estudioso del electromagnetismo y la electroquímica, descubrió en sus pruebas que cuando un conductor corta las líneas de flujo magnético, se produce una fem en los extremos de tal conductor.
Lo anterior queda demostrado en el experimento de la figura 13.1: cuando un alambre pasa hacia abajo a través del campo magnético cortando las líneas de flujo, un galvanómetro (instrumento utilizado para detectar y medir la corriente eléctrica) detecta una corriente eléctrica mediante el desplazamiento de la aguja hacia la derecha; si el alambre corta las líneas de flujo mientras se desplaza hacia arriba, el galvanómetro nuevamente detecta el paso de corriente pero en este caso la aguja se ha desplazado hacia la izquierda.
Si el conductor se mueve a través del campo magnético en una dirección paralela a las líneas de flujo, es decir, sin cortarlas, el galvanómetro nos muestra que no se induce corriente alguna.
Ahora se realizará el experimento como se muestra en la figura 13.2.
En esta prueba una bobina de N espiras se mueve a través del campo magnético, cortando las líneas de flujo. Se observa en esta experiencia que la magnitud de la corriente inducida es directamente proporcional al número N de espiras de la bobina y a la rapidez del movimiento. Si se mantiene estacionaria la bobina y el imán es el que se desplaza hacia arriba, se observa el mismo efecto.
Te recomiendo el estudio del siguiente video para complementar la explicación y entenderás de mejor manera la ley de Faraday y la generación de la corriente mediante una fem inducida por el movimiento relativo entre un conductor y el campo magnético. (Tippens, 2011:602)
1.Ley de Faraday
La dirección de la fem inducida, por tanto, está influenciada por la dirección del movimiento del conductor respecto del campo magnético. La expresión matemática utilizada para calcular la fem inducida en una bobina de N espiras es
Un flujo magnético que cambia con una rapidez de un weber por segundo inducirá una fem de 1 volt por cada espira del conductor. (Tippens, 2011:603)
2. Problema Ley de Faraday:
3. Ejemplo Ley de Faraday:
4. Fem de una bobina.
Fem inducida por un conductor en movimiento
Se puede variar el área en un campo magnético constante como se muestra en la figura 13.3.
Cuando el alambre de longitud L se desliza a lo largo del conductor en U, se presenta una variación del flujo magnético que pasa a través de la espira, aumentando el flujo a medida que aumenta el área. Se induce por tanto una fem en el conductor en movimiento y se genera una corriente que circula por la espira. La magnitud de la fem inducida puede calcularse por medio de la expresión
5. Fuerza electromotriz inducida.
6. Fem sobre un conductor en movimiento.
Conclusión
En esta sesión hemos aprendido, a partir de la ley de Faraday, que cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético cortando las líneas de flujo se induce una fem en el conductor, lo cual se hace evidente por la corriente que detecta un falvanómetro conectado a los extremos del conductor. Conocemos ahora la fórmula que se utiliza para calcular la fem inducida en tal conductor y que podemos provocar el cambio en el flujo magnético fundamentalmente de dos maneras, ya sea variando la densidad de flujo magnético, o bien, variando el área que atraviesa el flujo magnético, es decir, provocando un cambio en el área efectiva. Entendemos ahora que la fórmula de la fem tiene un signo negativo porque la fem inducida se opone al cambio que la produce como una consecuencia natural de la ley de la conservación de la energía.
En la segunda parte de la lección estudiamos la expresión que nos permite determinar la fem inducida en un conductor que se mueve dentro de un campo magnético y que en su forma más general se considera en la expresión el seno del ángulo theta como una consecuencia del ángulo theta es el que forma la dirección del movimiento y la del vector B del campo magnético a través del cual se traslada el alambre.
Estudia los contenidos de esta sesión y toma las notas que consideres pertinentes. Descarga el material incluido en las fuentes de información para repasar, ampliar y profundizar un poco más en los conceptos. Resuelve la consigna de la lección para que compruebes tu grado de asimilación. Puedes acudir con tu asesor para aclarar algunas dudas que pudieran surgir.
Continua confiado en lo aprendido pero comprometido en seguir trabajando. ¡Te espero en la siguiente clase! ¡Que sigas bien y te sientas mejor!
Fuentes de información
Tippens, P. (2011). Ley de Faraday y fem cond. en mov. En Edamsa Impresiones (Ed.), Física Conceptos y aplicaciones, (p.601-606). Mc Graw Hill.
https://drive.google.com/file/d/1gTnRUlV3VmfLLGJYhCOesR2NI9iP8lMZ/view?usp=sharing