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Inducción electromagnética es el fenómeno relacionado con la aparición de una corriente eléctrica en un conductor sumergido en un campo magnético, cuando existe una variación en el flujo que lo atraviesa.
En 1820, Hans Christian Oersted descubrió que el paso de una corriente eléctrica en un conductor cambiaba la dirección de la aguja de una brújula. Es decir, descubrió el electromagnetismo.
A partir de ahí, muchos científicos comenzaron a investigar más a fondo la conexión entre los fenómenos eléctricos y magnéticos.
Buscaron, principalmente, averiguar si era posible el efecto contrario, es decir, si los efectos magnéticos podían generar una corriente eléctrica.
Así, en 1831, Michael Faraday, basándose en resultados experimentales, descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética.
La ley de Faraday y la ley de Lenz son dos leyes fundamentales del electromagnetismo y determinan la inducción electromagnética.
Actividad de faraday
Faraday llevó a cabo numerosos experimentos para comprender mejor los fenómenos electromagnéticos.
En uno de ellos, usó un anillo de hierro y envolvió un alambre de cobre en una mitad del anillo y otro alambre de cobre en la otra mitad.
Conectó los extremos del primer devanado con una batería y el segundo devanado lo conectó a otro trozo de cable para que pasara por una brújula colocada a cierta distancia del anillo.
Cuando se conectó la batería, identificó que la brújula variaba en su dirección, volviendo a observar lo mismo al desconectar la conexión. Sin embargo, cuando la corriente se mantuvo constante, no hubo movimiento en la brújula.
Por lo tanto, descubrió que una corriente eléctrica inducía una corriente en otro conductor. Sin embargo, aún queda por identificar si ocurrió lo mismo con imanes permanentes.
Al hacer un experimento moviendo un imán cilíndrico dentro de una bobina, pudo identificar el movimiento de la aguja de un galvanómetro conectado a la bobina.
De esta forma, pudo concluir que el movimiento de un imán genera una corriente eléctrica en un conductor, es decir, se descubrió la inducción electromagnética.
Ley de Faraday
A partir de los resultados encontrados, Faraday formuló una ley para explicar el fenómeno de la inducción electromagnética. Esta ley se conoció como la Ley de Faraday.
Esta ley establece que cuando hay una variación en el flujo magnético a través de un circuito, aparecerá una fuerza electromotriz inducida en él.
Fórmula
La ley de Faraday se puede expresar matemáticamente mediante la siguiente fórmula:
Ser,
ε: fuerza electromotriz inducida (V)
ΔΦ: variación del flujo magnético (Wb)
Δt: intervalo (s) de tiempo
Ley de Lenz
A pesar de identificar que la corriente inducida variaba en dirección, Faraday no pudo determinar cómo ocurrió esta variación.
Luego, en 1834, el físico ruso Heinrich Lenz, propuso una regla para definir la dirección de la corriente inducida.
La ley de Lenz establece que la dirección de la corriente inducida es tal que el campo que produce se opone a la variación del flujo magnético que lo produjo.
Esta ley está representada en la fórmula de la fuerza electromotriz inducida por el signo menos.
Aplicaciones de inducción electromagnética
Generadores de corriente alterna
Una de las aplicaciones más importantes de la inducción electromagnética es la generación de energía eléctrica. Con este descubrimiento, fue posible generar este tipo de energía a gran escala.
Esta generación puede darse en instalaciones complejas, como es el caso de las centrales eléctricas, incluso las más sencillas como en las bicicletas dinamos.
Hay varios tipos de plantas de energía eléctrica, pero básicamente el funcionamiento de todas utiliza el mismo principio. En estas plantas, la producción de energía eléctrica se produce mediante la energía mecánica de rotación de un eje.
En las plantas hidroeléctricas, por ejemplo, el agua se represa en grandes represas. El desnivel provocado por esta presa hace que el agua se mueva.
Este movimiento es necesario para hacer girar las palas de la turbina que está conectada al eje del generador de electricidad. La corriente producida es alterna, es decir, su dirección es variable.
Transformadores
La energía eléctrica luego de ser producida en las plantas es transportada a los centros de consumo a través de sistemas de transmisión.
Sin embargo, antes de ser transportados a largas distancias, los dispositivos, llamados transformadores, elevan el voltaje para reducir las pérdidas de energía.
Cuando esta energía alcanza su destino final, el valor de voltaje cambiará nuevamente.
Así, un transformador es un dispositivo que sirve para modificar una tensión alterna, es decir, aumenta o disminuye su valor según la necesidad.
Básicamente, un transformador consta de un núcleo de material ferromagnético en el que se enrollan dos bobinas independientes (devanado de alambre).
La bobina conectada a la fuente se llama primaria, ya que recibe el voltaje que se transformará. El otro se llama secundario.
A medida que se alterna la corriente que llega al primario, también se alterna un flujo magnético en el núcleo del transformador. Esta variación de flujo genera una corriente alterna inducida en el secundario.
El aumento o la disminución de la tensión inducida depende de la relación entre el número de vueltas (vueltas del cable) en las dos bobinas (primaria y secundaria).
Si el número de vueltas en el secundario es mayor que en el primario, el transformador elevará la tensión y, a la inversa, bajará la tensión.
Esta relación entre el número de vueltas y la tensión se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
Ser,
UPAG: voltaje primario (V)
Us: voltaje secundario (V)
nortePAG: número de vueltas primarias
nortes: número de vueltas del secundario
Ver el vídeo
El siguiente video fue producido por la Universidad de São Paulo y muestra un experimento interesante, que muestra el funcionamiento de los transformadores.
Para obtener más información, lea también:
Ejercicios resueltos
1) UERJ – 2017
La corriente eléctrica en el devanado primario de un transformador corresponde a 10 A, mientras que en el devanado secundario corresponde a 20 A.
Sabiendo que el devanado primario tiene 1200 vueltas, el número de vueltas del devanado secundario es:
a) 600
b) 1200
c) 2400
d) 3600
2) UERJ – 2014
El principio físico de funcionamiento de alternadores y transformadores, comprobable de forma experimental, se refiere a la producción de corriente eléctrica mediante la variación de un campo magnético aplicado a un circuito eléctrico.
Este principio se basa en la denominada Ley de:
a) Newton
b) Amperio
c) Faraday
d) Coulomb
3) UFMG – 2008
Una bobina conductora, conectada a un amperímetro, se coloca en una región donde hay un campo magnético, uniforme, vertical, paralelo al eje de la bobina, como se muestra en esta figura:
Esta bobina se puede mover horizontal o verticalmente, o incluso girar alrededor del eje PQ de la bobina o en la dirección RS, perpendicular a ese eje, permaneciendo siempre en la región del campo.
Teniendo en cuenta esta información, es CORRECTO afirmar que el amperímetro indica una corriente eléctrica cuando la bobina está
a) Desplazado horizontalmente, manteniendo su eje paralelo al campo magnético.
b) desplazado verticalmente, manteniendo su eje paralelo al campo magnético.
c) girado alrededor del eje PQ.
d) girado alrededor de la dirección RS
