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LA Ley de Faraday o Ley de inducción electromagnética, establece que cuando hay una variación en el flujo magnético a través de un circuito, aparecerá una fuerza electromotriz inducida en él.
Esta ley fue establecida por Michael Faraday, en 1831, a partir del descubrimiento del fenómeno de la inducción electromagnética. Para su concepción, Faraday llevó a cabo numerosos experimentos.
Al ser una ley fundamental del electromagnetismo, fue el punto de partida para la construcción de las dínamos y su aplicación en la producción de energía eléctrica a gran escala.
En las plantas de generación de energía, la energía mecánica produce la variación del flujo magnético. A partir de esta variación, aparece una corriente inducida en el generador.
A continuación, vemos el esquema de una central hidroeléctrica. Este tipo de planta utiliza el movimiento del agua (energía mecánica) para generar la variación del flujo magnético.
Fórmula
La fórmula matemática que representa la ley de Faraday, tal como se utiliza actualmente, fue concebida por el físico alemán Franz Ernst Neumann, se indica como:
Ser,
ε: fuerza electromotriz inducida (fem) (V)
ΔΦ: variación del flujo magnético (Wb)
Δt: intervalo (s) de tiempo
El signo negativo de la fórmula indica que la dirección de la fem inducida está en oposición a la variación del flujo magnético.
Ejemplo
Un bucle está sumergido en un campo magnético y la intensidad del flujo magnético a través de él es igual a 2. 10-6 Wb. En un intervalo de 5 s, la intensidad del campo magnético se reduce a cero. Determine el valor de la fem inducida en el bucle en ese intervalo de tiempo.
Solución:
Podemos reemplazar los datos directamente en la fórmula de la fem inducida:
Por lo tanto, aparecerá una hembra de 4.10 en la bobina.-7 V
Ley de Lenz
Con la ley de Faraday es posible determinar el valor de la fem inducida en un circuito y a partir de ahí podemos encontrar la intensidad de la corriente inducida.
Sin embargo, parece que la corriente inducida tiene diferentes direcciones dependiendo de la variación del flujo magnético.
En 1834, el físico ruso Heinrich Lenz, basado en el trabajo de Faraday, propuso una regla para definir la dirección de la corriente inducida.
En ese momento ya se conocía el hecho de que una corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor y que este fenómeno también ocurre con la corriente inducida.
Lenz señaló que la dirección de este campo depende del aumento o disminución del flujo magnético.
La ley de Lenz establece que la dirección del campo magnético producido por la corriente inducida es contraria a la variación del flujo magnético.
Es decir, si el flujo magnético aumenta, aparecerá una corriente inducida en el circuito que creará un campo magnético inducido en la dirección opuesta al campo magnético en el que está inmerso el circuito.
En la imagen de abajo, tenemos un imán acercándose a un bucle. Este enfoque produce un aumento, durante un período de tiempo, del flujo magnético a través del bucle.
En esta situación, el campo magnético creado por la corriente inducida parece cancelar este aumento, por lo tanto, tiene la dirección opuesta al campo magnético del imán.
Por otro lado, si el flujo magnético disminuye, la dirección de la corriente será tal que el campo producido por ella tendrá la misma dirección que el campo magnético creado por el imán.
En la siguiente figura, ahora representamos el imán alejándose del bucle. En este caso, el campo creado por la corriente inducida parece evitar que se produzca la reducción del flujo, por lo que tiene la misma dirección que el campo magnético.
Para definir la dirección de la corriente inducida, se aplica la regla de Ampère.
Regla del amperio
Esta es una regla general para definir la dirección del campo magnético producido por una corriente.
En esta regla usamos la mano derecha, como si estuviéramos enrollando el hilo. El pulgar señalará la dirección de la corriente y los otros dedos la dirección del campo magnético.
Sugerencia de video
¿Quieres ver la Ley de Faraday y Lenz en la práctica? Entonces, mira el video de experimentos llevados a cabo por el profesor Eloir de Carli a continuación.
Para obtener más información, lea también
Ejercicios resueltos
1) Uerj – 2015
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
2) Unesp – 2010
Una de las leyes del electromagnetismo es la ley de inducción de Faraday, que, complementada con la ley de Lenz, explica muchos fenómenos electromagnéticos. Entender estas leyes y cómo las describimos ha permitido a la humanidad crear fantásticos artilugios y dispositivos, basta mencionar que son principios fundamentales en la generación de electricidad. La figura 1 muestra uno de estos dispositivos. Dispositivo de seguridad que permite la interrupción de las corrientes eléctricas en los electrodomésticos (un secador de pelo, por ejemplo) en caso de cortocircuito en el electrodoméstico o falla de puesta a tierra. El diagrama no indica el dispositivo que se conectará a los cables 1 y 2. Estos pasan por el interior de un anillo de hierro en el que se enrolla una bobina sensora, que a su vez se conecta a un bloqueador de corriente. Si ocurre un cortocircuito en el dispositivo y una de las corrientes se interrumpe, habrá una corriente inducida en la bobina (Ley de Inducción de Faraday) que activa el bloqueador de corriente.
La figura 2 representa una sección del anillo de hierro (vista frontal) en la que se enrolla un alambre (bobina). Un cable conductor, recto y largo, pasa por el centro del anillo y está tendido por una cadena I (el símbolo ⊗ indica la dirección de la corriente que ingresa al cable 2), que aumenta con el tiempo.
¿Cuál de las alternativas proporciona correctamente las líneas de campo del campo magnético B producido por la corriente I y la dirección de la corriente inducida i en la bobina?
La)
B)
C)
D)
y)
