Fuerza Electromotriz inducida

Ley de Lenz: Fuerza Electromotriz Inducida

Ley de Lenz

Hasta ahora hemos visto que un campo magnético puede ser inducido por una corriente eléctrica y como un campo magnético es capaz de producir una fuerza sobre cargas eléctricas en movimiento. Ahora vamos a ver como un campo magnético puede inducir una fuerza electromotriz (tensión eléctrica) sobre un conductor. Efectivamente, si movemos un conductor que se encuentra en el seno de un campo magnético, sobre el se inducirá una fuerza electromotriz. El valor de esta fuerza depende de la velocidad a la que el conductor se mueva, la longitud de este y de la intensidad del campo magnético.

Propiedades Magnéticas de los Campos

Propiedades Magnéticas de los Campos

No todos los materiales se comportan de igual manera frente a los campos magnéticos. Un clavo de hierro es atraído por un imán, pero un trozo de madera no experimenta ninguna fuerza en las proximidades de ese mismo imán.

El comportamiento de los materiales frente a los campos magnéticos depende de la estructura interna del material. El movimiento de los electrones que forman un material hace que se induzcan pequemos campos magnéticos. En función de cómo se orienten estos pequeños campos magnéticos en presencia de un campo magnético externo los materiales presentan propiedades que se presentan en el siguiente subdiagrama

Propiedades Magnéticas de los Campos

Propiedades Magnéticas de los Campos

• Diamagnéticos: Esta propiedad magnética consiste en que parte de los pequeños campos magnéticos inducidos por el movimiento de rotación de los electrones del propio material, en presencia de un campo magnético externo, se orientan de forma opuesta este. Como consecuencia, un material diamagnético tiende a desplazarse a la zona donde el campo magnético externo es más débil. Todos los materiales presentan la propiedad del diamagnetismo, lo que sucede es que este efecto es tan débil que queda oculto por otros efectos que veremos a continuación.
• Paramagnéticos: Esta propiedad magnética consiste en que parte de los pequeños campos magnéticos inducidos por el movimiento de rotación de los electrones del propio material, en presencia de una campo magnético externo se alinean en la misma dirección que este. Como consecuencia, el campo magnético en el interior se hace más intenso, y el material tiende a desplazarse al lugar donde el campo magnético externo es más intenso.
• Ferromagnéticos: En los materiales ferromagnéticos, las fuerzas entre los átomos próximos, hace que se creen pequeñas regiones, llamadas dominios, en las que el campo magnético originado por el movimiento de rotación de los electrones está alineado en la misma dirección. En ausencia de campo magnético externo, lo dominios están orientados al azar, pero al aplicar un campo magnético externo, estos dominios se alinean en la dirección del campo aplicado, haciendo que este se intensifique en el interior del material de forma considerable. Parte de estos dominios conservan la orientación incluso una vez que el campo magnético externo desaparece, hecho que explica el fenómeno de la imanación. Los materiales ferromagnéticos (hierro y aleaciones férreas) tienen mucha aplicación en las máquinas eléctricas.

Fórmulas matemáticas

La fuerza electromotriz en un circuito cerrado es igual a la variación del flujo de inducción del campo magnético que lo atraviesa en la unidad de tiempo, lo que se expresa por la fórmula (Ley de Faraday):

Fórmulas matemáticas

A esta ley se le añade un signo ‘-’ que indica que el sentido de E inducido es tal que se opone al descrito por la ley de Faraday. A pesar de que lo único que cambia es el signo, esta "nueva" ley recibe el nombre de Ley de Lenz:

Ley de Faraday

La ley de inducción electromagnética de Faraday (o simplemente ley de Faraday) establece que la tensión inducida en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito como borde.

Ley de Faraday

donde:

• es el campo eléctrico,

• es el elemento infinitesimal de longitud del circuito representado por el contorno C,

• es el campo magnético,

• es una superficie arbitraria, cuyo borde es C. Las direcciones del contorno C y de están dadas por la regla de la mano derecha.

Esta ley fue formulada a partir de los experimentos que Michael Faraday realizó en 1831, y tiene importantes aplicaciones en la generación de electricidad.

Michael Faraday

Michael Faraday

Michael Faraday, FRS (Reino Unido; Newington Butt, 22 de septiembre de 1791-Hampton Court, 25 de agosto de 1867), fue un físico y químico británico que estudió el electromagnetismo y la electroquímica. Sus principales descubrimientos incluyen la inducción electromagnética, el diamagnetismo y la electrólisis.

A pesar de la escasa educación formal recibida, Faraday es uno de los científicos más influyentes de la historia. Mediante su estudio del campo magnético alrededor de un conductor por el que circula corriente continua, fijó las bases para el desarrollo del concepto de campo electromagnético. También estableció que el magnetismo podía afectar a los rayos de luz y que había una relación subyacente entre ambos fenómenos.

Descubrió asimismo el principio de inducción electromagnética, el diamagnetismo, las leyes de la electrólisis e inventó algo que él llamó dispositivos de rotación electromagnética, que fueron los precursores del actual motor eléctrico.

En el campo de la química, Faraday descubrió el benceno, investigó el clatrato de cloro, inventó un antecesor del mechero de Bunsen, el sistema de números de oxidación e introdujo términos como ánodo, cátodo, electrodo e ion. Finalmente, fue el primero en recibir el título de Fullerian Professor of Chemistry en la Royal Institution de Gran Bretaña, que ostentaría hasta su muerte.

Faraday fue un excelente experimentador, que transmitió sus ideas en un lenguaje claro y simple. Sus habilidades matemáticas, sin embargo, no abarcaban más allá de la trigonometría y el álgebra básica. James Clerk Maxwell tomó el trabajo de Faraday y otros y lo resumió en un grupo de ecuaciones que representan las actuales teorías del fenómeno electromagnético. El uso de líneas de fuerza por parte de Faraday llevó a Maxwell a escribir que "demuestran que Faraday ha sido en realidad un gran matemático. Del cual los matemáticos del futuro derivarán valiosos y prolíficos métodos".

La unidad de capacidad eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades (SI), el faradio (F), se denomina así en su honor.

Albert Einstein tenía colgado en la pared de su estudio un retrato de Faraday junto a los de Isaac Newton y James Clerk Maxwell

Michael Faraday, 1861.

Fuerza Electromotriz Inducida (FEM)

Un anillo Metálico de 40 cm de radio y 40 ohm de resistencia, se encuentra dentro de un campo magnético externo. Si el campo magnético a través de la superficie limitada por el anillo aumenta linealmente a razón de 40 Tesla cada segundo. Determine a) La FEM; b) La Intensidad de corriente inducida en el anillo

Fuerza Electromotriz Inducida:

El área es constante, por lo cual se puede colocar fuera del paréntesis, Entonces quedaría:

Ԑ = ΔΦ/Δt → Ԑ = Δ (B.A)/ Δt

Ԑ = A. Δ B/ Δt = (0,16 π . 20)/1

Ԑ = 3,2 π Voltio

Formula de Fem

Intensidad:

A = π . R ^2 (0,4) ^2

A = 0,16 π m

←Ley de Ohm

I = Ԑ/r

I = 3,2(3,14)/40

I = 0,25 Amperios