Inducción eléctromagnética y flujo variable en el tiempo

Flujo magnético variable en el tiempo

Descubre la Inducción eléctromagnética y el flujo electrico variable en el tiempo que provoca el campo magnético en los conductores. Vimos cómo una corriente eléctrica, o bien cargas eléctricas en movimiento son, en último análisis, las que producen el campo magnético. Cabe preguntarse si, bajo ciertas circunstancias, sería posible que un campo magnético provocara el movimiento de una carga eléctrica. La respuesta es afirmativa. Y a este fenómeno se le conoce con el nombre de inducción electromagnética.

Por simplicidad, consideremos una espira plana en un campo magnético uniforme B. Al variar la intensidad del campo magnético B, se observa que en la espira se genera una corriente i cuya magnitud será tanto mayor cuanto mayor sea la rapidez con la que varía el campo B. Asimismo, se encuentra que la corriente es proporcional al área A de la espira. Por otra parte, la presencia de la corriente indica que se genera un campo eléctrico E dentro de la espira cuya intensidad será proporcional a la intensidad de la corriente eléctrica i. Así, el campo eléctrico E generado será proporcional al área A de la espira y a la rapidez con la que varía la inducción magnética. O sea:

donde ΔB es lo que ha variado el campo durante el tiempo Δt.

Generación de una corriente en la espira al variar en ΔA el área A de la misma.

Ley de Lenz

Consieremos ahora una espira cuya área A puede variar en el tiempo.

Observamos que al vairar el área A se generará una corriente en la espira. Su magnitud será tanto mayor cuanto mayor sea la rapidez con la que varía el área de la espira. Por otra parte, se encuentra que la corriente generada es también proporcional a la intensidad de la inducción magnética B. Como la corriente ha sido generada por un campo E dentro de la espira, se tendrá que

donde ΔA es lo que ha variado el área de la espira durante el tiempo Δt.

Ver también: Campo magnético sobre cargas en movimiento

En el primer caso, el campo E fue producido por una variación ΔB de la inducción magnética B en el tiempo Δt permaneciendo constante el área A. En el segundo caso la corriente se originó por una variación ΔA del área A en el tiempo Δt permaneciendo constante la inducción B. Al variar simultáneamente ambas cantidades se tendrá que la corriente generada será:

El producto AB representa el número de líneas de inducción magnética que encierra la espira y recibe el nombre de flujo magnético Φ_M. Entonces lo que determina la intensidad de la corriente es la rapidez con la que varía el flujo magnético en la espira.

Por otra parte, el sentido de la corriente deberá ser tal que la dirección del campo magnético que genera tenderá a oponerse al cambio en el número de líneas de inducción encerradas por la espira.

Al hecho experimental anteriormente enunciado se le conoce como ley de Lenz.

Este hecho es el que se emplea para transformar energía eléctrica en mecánica. Al hacer girar mecánicamente, de manera uniforme, alrededor del eje se produce en la espira una corriente alterna. Esto es, una corriente que durante cierto intervalo de tiempo fluye en una dirección y al siguiente intervalo fluye en dirección contraria. Esto se debe a que durante un intervalo el flujo magnético va aumentando, mientras que durante el siguiente intervalo el flujo magnético va disminuyendo.

Flujo eléctrico variable en el tiempo

Existe, por último, otra ley de inducción que se refiere a la generación de un campo magnético cuando varía el flujo eléctrico en ausencia de corriente eléctrica.

Mientras se carga el condensador ilustrado en la imagen, la intensidad del campo eléctrico aumenta desde E=0 hasta un valor máximo E=E₀. Mientraseste proceso se efectúa se genera un campo magnético. En la imagen se indica una de las líneas de inducción magnética. Se encuentra que la magnitud de este campo es proporcional a la rapidez con la que varía el flujo eléctrico en la superficie de área A. Esto es:

La dirección del campo magnético se ilustra en la imagen:

Ejemplo del campo eléctrico de una carga puntual positiva.

Leyes del electromagnetismo

Para terminar, resumiremos, aunque en forma simplificada, las cuatro leyes fundamentales del electromagnetísmo:

1. El campo eléctrico producido por una carga puntual tiene el aspecto mostrado en la siguiente figura, y su magnitud en un punto es proporcional a la carga q e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia a ella.






Al cargar las placas del condensador, al aumentar el campo eléctrico E se  genera un campo magnético B.



2. No existen polos magnéticos aislados.
3. La generación de un campo eléctrico cuando el flujo de campo magnético varía en el tiempo.
4. La generación de un campo magnético cuando el flujo de campo eléctrico varía en el tiempo