LEY DE FARADAY

LEY DE FARADAY | INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Michael Faraday era un científico del siglo XVIII, descubridor de la inducción electromagnética. Esta fue la ley más conocida que enunció Faraday, en la que demostraba que el voltaje inducido es directamente proporcional a la velocidad con la que cambia el flujo magnético que atraviesa una superficie con el circuito como borde.

¿QUIÉN FUE FARADAY?

Michael Faraday (1791-1867) fue un brillante físico y químico del Reino Unido, cuyos principales aportes a la ciencia fueron la inducción electromagnética o la electrólisis.

Adquirió su gusto por leer y por las investigaciones a los 14 años, cuando trabajó de encuadernador de libros en Londres. Fue en esa época cuando Faraday adquirió gran entusiasmo con todo lo que tuviera que ver con fenómenos eléctricos.

Las aplicaciones e importancia que han tenido los descubrimientos de Faraday en numerosos campos de la actualidad le han convertido en uno de los científicos más importantes de la historia, hasta el punto de que Albert Einstein tenía un retrato suyo de cabedera, junto con el de Isaac Newton.

LEY DE FARADAY | INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

Es algo así como la parte contraria al trabajo de William Sturgeon, que ideó el electroimán. En este caso, se provoca un campo magnético debido a un flujo de corriente eléctrica. En cuanto cesa la corriente, cesa el campo magnético.

Así es que la Ley de Faraday o inducción electromagnética, enuncia que el voltaje inducido en un circuito cerrado resulta directamente proporcional a la velocidad con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una dada superficie con el circuito haciendo de borde.

Es decir, la fuerza electromagnética inducida en cualquier circuito cerrado es igual al negativo de la velocidad del tiempo del flujo magnético encerrado por el circuito.

La Ley de Faraday predice cómo interaccionarán los campos magnéticos con los circuitos eléctricos para producir fuerzas electromagnéticas, o inducción electromagnética. Un principio fundamental operando en los transformadores, inductores y otros motores eléctricos o generadores.

APLICACIONES DE LA LEY DE FARADAY O INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

En el caso que nos ocupa, provocamos variaciones en el flujo magnético que provoca una fuerza electromotriz, manteniendo una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto. Con esto, podemos provocar una corriente eléctrica.

Matemáticamente se expresa como indicamos en la ecuación de arriba. Gracias al trabajo de Michael Faraday se desarrollaron la mayor parte de las máquinas, hasta algo tan cotidiano como una vitrocerámica de inducción. Como vemos, la variabilidad del campo magnético está dado por la derivada (si el campo es constante, la derivada es cero y no se provoca fuerza electromotriz alguna).

Otra aplicación importante es la creación de motores eléctricos, que transforman la energía eléctrica en mecánica, diferenciándose así de los motores químicos, que transforman el poder calorífico del combustible en energía mecánica. Además, los motores eléctricos tienen mayor rendimiento.

OTROS DESCUBRIMIENTOS DE FARADAY

Michael Faraday es principalmente conocido por su teoría de la inducción electromagnética, pero realizó otros descubrimientos con importantes aplicaciones prácticas en la actualidad, por ejemplo laelectrólisis.

La electrólisis fue en realidad descubierta por William Nicholson en el año 1800, pero fue Michael Faraday quien perfeccionó sus teorías y las puso en común, elaborando la Ley de la Electrólisis de Faraday.

Se podría definir la electrólisis como un proceso que separa los diferentes elementos de un compuesto gracias a la electricidad. Para ello, se sumergen en el compuesto dos electrodos con carga opuesta: a uno se le conoce como ánodo y al otro como cátodo. Cada uno de estos electrodos atrae a los iones de carga opuesta. Para aumentar la concentración y separar los iones de los electrodos se utiliza la energía proporcionada por la corriente eléctrica.

La electrólisis del agua no destilada es hoy en día un proceso muy utilizado en diversos ámbitos, por ejemplos para la cloración de piscinas. Cada vez más piscinas utilizan sal, la cual se transforma en cloro mediante la electrólisis.

VIDEO

Mirad en este video cómo funciona la Ley de Faraday con un ejemplo práctico.

RECIBE NUESTRAS NOTICIAS

Ley de Lenz

 Ley de Lenz

El signo negativo de la ley de Faraday establece una diferencia entre las corrientes inducidas por un aumento del flujo magnético y las que son debidas a una disminución de dicha magnitud. No obstante, para determinar el sentido de la corriente inducida, Lenz propuso que la fem y la corriente inducidas tienen un sentido que tiende a oponerse a la causa que las produce.

 Actividad

Ley de Lenz:

 
Las corrientes que se inducen en un circuito se producen en un sentido tal que con sus efectos magnéticos tienden a oponerse a la causa que las originó.

Cuando a la espira le aproximas un polo norte de un imán, la corriente inducida circulará en un sentido tal que la cara enfrentada al polo norte del imán es también Norte, con lo que ejercerá una acción magnética repulsiva sobre el imán, repulsión que debes vencer para que se siga manteniendo el fenómeno de la inducción. A la inversa, si alejas el polo norte del imán, de la espira, la corriente inducida creará un polo Sur que se oponga a la separación de ambos. Puedes ver una animación de la ley de Lenz en este enlace: Lenz's Law
La ley de Lenz puede ser explicada por un principio más general, el principio de conservación de la energía. La producción de una corriente eléctrica requiere un consumo de energía y la acción de una fuerza desplazando su punto de aplicación supone la realización de un trabajo.
	Imagen 14. Elaboración propia.

En los fenómenos de inducción electromagnética, es el trabajo realizado en contra de las fuerzas magnéticas que aparecen entre la espira y el imán, el que suministra la energía necesaria para mantener la corriente inducida. Si no hay desplazamiento, el trabajo es nulo, no se transfiere energía al sistema y las corrientes inducidas no pueden aparecer.

En la película puedes ver la variación del flujo a través de la espira (al juntar o separar las líneas de inducción) que da lugar a la aparición de una fem inducida que crea un campo magnético, cuyo flujo a través de la espira se opone a la variación del flujo inicial. En la segunda parte, la variación del flujo es debida al giro de la espira. Observa, en cada caso, las gráficas que representan las variaciones del flujo y su traducción en una fem inducida.

En el applet puedes observar como el movimiento del imán que cae produce una variación del flujo magnético a través de la espira horizontal. El sentido de la corriente inducida, representado por el movimiento de puntos de color rojo (portadores de carga positivos), cambia al pasar el imán al otro lado de la espira. De este modo, se puede comprobar la ley de Lenz.
La energía necesaria para que se induzca la corriente la proporciona el peso del imán al caer.

FLUJO MAGNETICO

Flujo Magnético

El flujo magnético es el producto del campo magnético medio, multiplicado por el área perpendicular que atraviesa. Es una cantidad de conveniencia que se toma en el establecimiento de la ley de Faraday y en el estudio de objetos como los transformadores y los solenóides. En el caso de un generador eléctrico donde el campo magnético atraviesa una bobina giratoria, el área que se usa en la definición del flujo es la proyección del área de la bobina sobre un plano perpendicular al campo magnético.

Ilustración del Flujo Magnético

La contribución al flujo magnético para una determinada área es igual al área por la componente del campo magnético perpendicular al área. Para una superficie cerrada la suma del flujo magnético es siempre igual a cero (ley de Gauss para el magnetismo). No importa cuan pequeño sea el volúmen, las fuentes de campos magnéticos son siempre fuentes di polares (como imanes de barra miniatura), de modo que hay tantas líneas de campo magnéticos entrando (al polo sur) como  saliendo(del polo norte).

INTERACCION ENTRE CONDUCTORES EN MOVIMIENTO Y CAMPOS MAGNETICOS

                                                                         

CAMPO MAGNÉTICO

Líneas mostrando el campo magnético de un imán de barra, producidas por limaduras de hierro sobre papel.

Un campo magnético es una descripción matemática de la influencia magnética de las corrientes eléctricas y de los materiales magnéticos. El campo magnético en cualquier punto está especificado por dos valores, la dirección y la magnitud; El campo magnético es más comúnmente definido en términos de la fuerza de Lorentz ejercida en cargas eléctricas. Campo magnético puede referirse a dos separados pero muy relacionados símbolos By H.

Se pueden definir ambos campos magnéticos y eléctricos a partir de la ley de la fuerza de Lorentz:

La fuerza eléctrica es recta, siendo su dirección la del campo eléctrico si la carga q es positiva, pero la dirección de la parte magnética de la fuerza está dada por la relag de la mano derecha.





Los campos magnéticos  son producidos por cualquier carga eléctrica en movimiento y el momento magnético intrínseco de las  partículas elementales asociadas con una propiedad cuántica fundamental, su espín. En la relatividad especial, campos eléctricos y magnéticos son dos aspectos interrelacionados de un objeto, llamado el tensor electromagnético. Las fuerzas magnéticas dan información sobre la carga que lleva un material a través del efecto Hall. La interacción de los campos magnéticos en dispositivos eléctricos tales como transformadores es estudiada en la disciplina de circuitos magnéticos.

Se trata de un campo que ejerce fuerzas (denominadas magnéticas) sobre los materiales. Al igual que el campo eléctrico también es un campo vectorial, pero que no produce ningún efecto sobre cargas en reposo (como sí lo hace el campo eléctrico en dónde las acelera a través de la fuerza eléctrica). Sin embargo el campo magnético tiene influencia sobre cargas eléctricas en movimiento.

Si una carga en movimiento atraviesa un campo magnético, la misma sufre la acción de una fuerza (denominada fuerza magnética). Esta fuerza no modifica el módulo de la velocidad pero sí la trayectoria (ver fuerza magnética). Sobre un conductor por el cual circula electricidad y que se encuentra en un campo también aparece una fuerza magnética.

El campo magnético está presente el los imanes. Por otro lado, una corriente eléctrica también genera un campo magnético.
El campo magnético se denomina con la letra B .