Tema 3. Inducción electromagnética

En los temas 1 y 2 se han estudiado los campos magnéticos producidos por corrientes estacionarias (campos magnéticos independientes del tiempo), mientras que este tema se dedica al estudio de la inducción electromagnética y los campos magnéticos dependientes del tiempo y los campos eléctricos no conservativos que se producen. Los fenómenos de inducción electromagnética juegan un papel clave, por ejemplo, en la tecnología eléctrica. El tema comienza con la presentación de diversos fenómenos experimentales que ponen de manifiesto la existencia de una corriente eléctrica asociada a la variación de flujo magnético que atraviesa un circuito, tanto si se mueve el circuito o la fuente del campo magnético, se deforma el circuito o se aplica un campo magnético variable con el tiempo. Además, en todos los casos, el sentido de la corriente es tal que tiende a oponerse a la causa que la produce (ley de Lenz). En este punto es importante hacer ver a los alumnos que si aparece una corriente eléctrica inducida en los circuitos debe existir una fuerza electromotriz, denominada inducida, y que puede obtenerse cuantitativamente a partir de la ley de Faraday-Henry. Cierto interés tiene el estudio de la fuerza electromotriz inducida por el movimiento relativo de un segmento de corriente en un campo magnético. En este caso la fuerza electromotriz inducida es una consecuencia directa de la fuerza magnética. También se estudian las corrientes de Foucault que aparecen en un trozo de metal que se mueve en un campo magnético o que está situado, en reposo, en el seno de un campo magnético variable con el tiempo. Estas corrientes normalmente son perjudiciales debido a que el calor producido no solamente constituye una pérdida de potencia sino que hay que disiparlo. La mayor parte de la energía eléctrica utilizada actualmente se produce mediante generadores eléctricos los cuales están basados en el fenómeno de la inducción electromagnética. Se describe brevemente el funcionamiento de los generadores, en los que se genera una corriente eléctrica haciendo girar una espira en un campo magnético.

Cuando dos circuitos están próximos uno al otro, el flujo magnético que atraviesa uno de ellos depende de la corriente que circula por el circuito próximo. Este fenómeno permite introducir el concepto de inducción mutua e introducir el coeficiente de inducción mutua. El mismo procedimiento se puede emplear para relacionar el flujo magnético y la corriente para un único circuito, en cuyo caso aparece el concepto de autoinducción y se introduce el coeficiente de autoinducción del circuito y la fuerza electromotriz autoinducida. El coeficiente de autoinducción se puede calcular a partir del cociente del flujo y la corriente, lo que se puede aplicar fácilmente al caso de un solenoide. Como ejemplo de inducción mutua se estudia el transformador, dispositivo utilizado para variar las tensiones y corrientes sin pérdida apreciable de potencia. También se analizan los circuitos RL formados por resistencias y autoinducciones, introduciéndose la constante de tiempo de los mismos. También se lleva a cabo el estudio de la energía almacenada en un campo magnético y la densidad de energía magnética, partiendo del estudio de un circuito RL analizando la energía que se almacena en la autoinducción cuando se establece una corriente eléctrica en el circuito. Esta energía magnética es igual a la que se necesita para establecer el campo.

Puedes visualizar un vídeo en el que se recrean diversos experimentos de inducción electromagnética de la colección de “Experiencias de Física” de la Universidad de Alicante.

About Augusto Beléndez

Catedrático de Universidad de Física Aplicada en el Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal de la Universidad de Alicante. Director del Instituto Universitario de Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías (IUFACyT) así como del Grupo de Investigación "Holografía y Procesado Óptico" (GHPO) y del Grupo de Innovación Tecnológica-Educativa "Física, Óptica y Telecomunicaciones" (GITE-FOT).
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