Inducción magnética

En la actualidad, es difícil imaginar un mundo sin generadores y sin motores eléctricos. Se trata de un aporte que le debemos al investigador Michael Faraday, quien descubrió la inducción magnética, así como a los científicos contemporáneos de su época. La inducción magnética alude al proceso en el que un campo magnético variable en el tiempo produce un campo eléctrico. Este fenómeno posee diversas aplicaciones en el campo tecnológico. En efecto, casi toda la producción de electricidad está basada en el proceso de inducción magnética. Por ejemplo, las baterías eléctricas, los generadores, los transformadores, los motores eléctricos, entre otros dispositivos, funcionan en base a los principios de inducción magnética.

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Fuerza electromotriz

¿Qué es la inducción magnética?

La inducción magnética es el fenómeno a través del cual un campo magnético genera un campo eléctrico. Cuando un campo eléctrico es generado en un material conductor, los portadores de carga están expuestos a una fuerza y se induce una corriente eléctrica en el conductor.

En qué consiste la inducción magnética

Este fenómeno consiste en la generación de una fuerza electromotriz en un medio o cuerpo sometido a un campo magnético variable. También puede ocurrir que esta fuerza sea generada en un medio móvil expuesto a un campo magnético estático. Siendo así, cuando se trata de un cuerpo conductor, se origina una corriente eléctrica inducida.

La inducción magnética es entonces un fenómeno que depende intrínsecamente del tiempo, en el sentido estricto, y que sale del campo de la magneto-estática (estudios de los fenómenos magnéticos estacionarios).

Quién la descubrió

En 1831, Michael Faraday (1791-1867) descubrió en Inglaterra, el fenómeno de la inducción magnética al percatarse de que un campo magnético variable produce un campo eléctrico. Por otra parte, James Clerk Maxwell fue quien describió el proceso matemáticamente y lo llamó la ley de inducción de Faraday (Faraday’s law of induction).

Historia

El 29 de Agosto de 1831, el inglés Michael Faraday, descubrió la inducción magnética, la interacción de la electricidad y el magnetismo que permite la creación del motor de inducción eléctrica y el generador, entre otras cosas. La aplicación de este conocimiento estuvo presente en el período eléctrico del hombre, visto que el uso de aparatos modernos fue posible con el uso del proceso de inducción magnética.

El experimento crucial que le permite a Michael Faraday establecer su ley, es muy simple. De hecho, se puede reproducir fácilmente con objetos de la vida de todos los días. Faraday enrolló un cable de hierro aislado alrededor de un tubo de cartón para formar así una bobina. Luego, conectó un voltímetro a las extremidades de la bobina y midió la fuerza electromotriz inducida cuando se desplazaba un imán en la bobina.

Cómo se calcula la inducción magnética

El proceso de inducción magnética es representado por la letra B. Su cálculo se realiza de la siguiente manera:

Siendo: B la inducción magnética, Φ el flujo magnético y S la superficie

Líneas de inducción magnética

Las líneas de inducción magnética constituyen una forma de representar un campo magnético. Para Faraday, las líneas de fuerza son cadenas de partículas polarizadas en un dieléctrico y éstas pueden tener una existencia por si mismas a lo largo de un amplio espacio. Por su parte, J.J. Thomson y Maxwell denominan las líneas de inducción como tubos de inducción electroestática o simplemente como tubos de Faraday.

En el siglo 20, las líneas de fuerza son conexiones de energía incorporadas en la perspectiva teórica unificada del siglo 19, la cual es más matemática y sofisticada.

Ejemplos

Ejemplo 1

Una bobina se desplaza hacia abajo a lo largo del eje de un imán cilíndrico magnetizado a lo largo de su eje. En este caso, un amperímetro medirá la corriente inducida en la bobina.

Como no hay campo eléctrico ya que el imán es neutro, la fuerza es qv x B. En vista de la simetría axial de este caso, la fuerza electromotriz se agrega a lo largo del cable y una corriente circula en la bobina.

Ejemplo 2

Un disco de cobre gira alrededor de un imán y el circuito es completado por un hilo inmóvil que se desplaza sobre la parte exterior del disco. Los electrones en el disco de cobre son llevados a través de las líneas de campo de lo cual resulta una fuerza electromotriz. El resto del circuito permanece inmóvil y no favorece la fuerza electromotriz. Como las líneas del campo cortan una vez el conductor, se obtiene una fuerza electromotriz neta. Aunque no hay cambio de flujo en el bucle, una fuerza electromotriz es inducida.

Ejemplo 3

Si se coloca un imán con el polo norte dirigido hacia abajo, la corriente en la bobina fluirá en la dirección contraria de las agujas del reloj si se aplica la regla del agarre de la mano derecha.