Flujo magnético y aplicaciones del electromagnetismo
Introducción
¡Hola respetable estudiante!
¿Cómo te has sentido? ¿Qué te ha parecido esta unidad de aprendizaje? Me da gusto que continúes avanzando en este curso diseñado para ti. Espero que lo encuentres fascinante. Te comparto los siguientes temas que son muy interesantes, ampliarán tus conocimientos y desarrollarán tus habilidades.
Como hemos mencionado en las clases anteriores, una corriente eléctrica que atraviesa un conductor genera un campo magnético alrededor de él, pues bien, cuando variamos un campo magnético cerca a un conductor eléctrico se puede generar una corriente eléctrica en él. Los fenómenos antes mencionados tienen un gran impacto en nuestra sociedad, ya que gracias al Electromagnetismo gozamos de las comodidades que nos da la tecnología.
En esta clase estudiaremos las características que tiene el flujo magnético y la Ley de Lenz; además, se explicarán el funcionamiento del motor eléctrico, el generador eléctrico y el transformador. Finalmente se estudiará lo que es la corriente alterna y la corriente directa.
Te invito a que finalicemos el tema de Electromagnetismo con el mismo ánimo con el que lo iniciamos.
Desarrollo del tema
Flujo magnético.
Se llama flujo magnético a la relación que existe entre el número de líneas de campo magnético B, que pasan a través del área A de una espira o bobina.
Si el campo magnético B es perpendicular al área de la espira, el flujo magnético Ф se define y se calcula por medio de la fórmula
En donde A es el área de la espira expresada en metros y B es el campo magnético expresado en Teslas. El producto T· m2 recibe el nombre de Weber.
Si el campo magnético forma un ángulo θ con la normal n al plano de la espira, el flujo magnético perpendicular al área se calcula con la fórmula.
FEM Inducida.
Así como la corriente (cargas en movimiento) forma campos magnéticos, los campos magnéticos variables en el tiempo pueden inducir una corriente eléctrica en un conductor, como se observa en la figura de abajo. El campo magnético variable B del imán induce una corriente eléctrica I sobre la espira, corriente que es registrada por el amperímetro.
Cuando se acerca el imán a la espira (figura a) el número de líneas de campo que la atraviesa se incrementa y se detecta una corriente inducida en sentido horario, si nos situamos frente a la espira. Si ahora se aleja el imán (figura b), el número de líneas de campo que atraviesan la espira disminuyen y la corriente inducida tiene la dirección contraria, según lo indica el amperímetro. De acuerdo con lo anterior, se induce una corriente sólo cuando el campo magnético está cambiando, si el imán permanece quieto el número de líneas de campo que pasa por la superficie de la espira es constante, no cambia y no se induce corriente alguna. El amperímetro marca entonces cero. La corriente inducida en una espira se crea a partir de una fem inducida debida al fenómeno de inducción electromagnética.
Te invito a que veas el siguiente video donde se explica el campo y el flujo magnético para complementar la información:
Como conclusión, podemos mencionar que
«Se puede producir una fem inducida si se cambia o se hace variar el número de líneas de campo magnético que pasan a través de la espira».
Ley de la inducción de Faraday.
Unos diez años más tarde a partir de la publicación del hallazgo de Oersted, Michael Faraday descubre el electromagnetismo y de manera experimental encontró la ley de la inducción que lleva su nombre y en la cual concluye que la fem inducida en una espira en un intervalo de tiempo depende del número de líneas de campo que atraviesan la espira, es decir, del cambio en el flujo magnético en ese intervalo de tiempo.
Nota: Al acercar o alejar el imán de la bobina se hace variar el número de líneas de campo magnético «B», y se induce una fem, misma que se registra en el medidor de corriente. Si el imán no se mueve la corriente es cero.
La Ley de la inducción de Faraday indica que
«La fem instantánea inducida en un circuito es igual a la razón de cambio del flujo magnético a través del circuito.»
En donde N es el número de espiras, ΔΦ es el cambio en el flujo magnético, Δt el intervalo de tiempo durante el cual ocurre el cambio de flujo magnético, en tanto la relación ΔФ/Δt se llama razón de cambio del flujo magnético.
El signo menos indica la polaridad de la fem inducida, de acuerdo con la ley de Lenz:
«La polaridad de la fem inducida es tal que da origen a una corriente cuyo campo magnético se opone al cambio en el flujo magnético a través de la espira».
Inductancia mutua.
Supongamos que tenemos dos bobinas, una al lado de la otra y que abrimos el interruptor de modo que la cantidad de corriente en la bobina primaria disminuye con el tiempo haciendo variar el campo magnético producido por ella, parte de esas líneas de campo pasan por la bobina secundaria induciendo una fem, de acuerdo con la ley de Faraday y la ley de Lenz.
La magnitud de la fem inducida depende de la geometría de las bobinas y es proporcional a la rapidez de cambio de la corriente en la bobina primaria. Está representada por la fórmula:
En donde M es una constante de proporcionalidad conocida como inductancia mutua y en ella se considera la geometría de ambas bobinas, siendo M proporcional a la razón entre el voltaje generado en la bobina secundaria y el cambio en la corriente en la bobina primaria y sus unidades son los henry. (H = Volt·segundo/Ampere)
Autoinductancia.
El concepto de inductancia se aplica también a una sola bobina aislada. Cuando una corriente variable pasa a través de una bobina o solenoide, en el interior de la bobina se produce un flujo magnético variable, y esto a su vez induce una fem. Esta fem inducida se opone al cambio en el flujo (Ley de Lenz); de modo que, si la corriente a través de la bobina aumenta, el flujo magnético creciente induce una fem que se opone a la corriente original y tiende a retardar su aumento. La fem inducida es proporcional a la razón de cambio en la corriente y está en la dirección opuesta al cambio.
La constante de proporcionalidad L se llama autoinductancia o inductancia de la bobina y se mide en Henry. La magnitud de L depende del tamaño y forma de la bobina, así como de la presencia del núcleo de hierro sobre el cual se enreda la bobina.
Te invito a que veas el siguiente video donde se observa la inducción electromagnética:
Conclusión
En conclusión, de manera específica, hemos estudiado que, al pasar una corriente eléctrica a través de un conductor eléctrico, se genera un campo magnético alrededor de él, también sabemos que cuando variamos un campo magnético cerca de un conductor eléctrico, se puede generar una corriente eléctrica.
Para finalizar, podemos mencionar que el Electromagnetismo nos ha facilitado la vida, ya que nos ha permitido tener todas las ventajas tecnológicas de las que gozamos.
En esta segunda parte del curso vamos a estudiar las ondas, comenzaremos con las ondas mecánicas y su relación con el sonido.
¡Te felicito por tu logro! Te invito a continuar con tu proceso formativo realizando y mandando la actividad asignada a esta clase. “Perseverar es sinónimo de tenacidad, no decaigas sigue perseverando en tu educación” Te encuentro en la siguiente clase. Hasta luego.