La Ley de inducción de Faraday es una ley básica del electromagnetismo que predice cómo un campo magnético interactuará con un circuito eléctrico para producir una fuerza electromotriz (EMF). Los primeros experimentos productivos sobre los efectos de los campos magnéticos que varían en el tiempo fueron realizados por Michael Faraday en 1831. Michael Faraday fue físico y químico nacido en el Reino Unido, quien descubrió la inducción electromagnética al observar que se puede crear un campo eléctrico a partir de un campo magnético variable.
Fundamentos experimentales
Faraday diseñó múltiples experimentos para demostrar esta relación. Por ejemplo, enrolló dos solenoides de alambre alrededor de un aro de hierro y vio que cuando, por medio de un interruptor, hacía pasar corriente por uno de los solenoides, una corriente era inducida en el otro. Se encontró que cada vez que se cierra el interruptor, el galvanómetro detecta una corriente en una dirección en la bobina en la parte inferior. Es el cambio en el campo magnético lo que crea la corriente. Si el interruptor permanece cerrado o abierto por algún período de tiempo, no hay corriente a través del galvanómetro.
Los experimentos de Faraday mostraron que la CEM inducida por un cambio en el flujo magnético depende solo de unos pocos factores:
- La EMF es directamente proporcional al cambio en el flujo ΔΦ.
- La EMF es inversamente proporcional al tiempo Δt.
- Si una bobina tiene N vueltas, se producirá un EMF que es N veces mayor.
Definición matemática y ley de Lenz
El flujo magnético (Φ) es una medida de la cantidad de líneas de campo magnético que atraviesa una superficie determinada. La ley de inducción de Faraday se expresa matemáticamente como la rapidez con la que cambia el flujo magnético a través del área encerrada por el circuito:
ε = -N · (dΦ / dt)
Lea también: Deducción IVA: Guía Paso a Paso
El signo negativo de la ley de Faraday nos muestra el sentido de la corriente inducida, también conocida como la ley de Lenz. El menos significa que la EMF crea una corriente y un campo magnético que se oponen al cambio de flujo. Esta ley es fundamental para determinar y controlar la dirección en la que se desplaza el flujo eléctrico de un circuito.
Forma diferencial
Usando el teorema de Stokes en el cálculo vectorial, podemos obtener una forma alternativa de la ley de inducción de Faraday:
∇ × E = - ∂B / ∂t
Esto también se llama una forma diferencial de la ley de Faraday, donde se establece que cambiar el campo magnético produce un campo eléctrico.
Aplicaciones prácticas
La Ley de Faraday no solo representa un logro científico clave, sino que también es la base de muchas tecnologías modernas. La siguiente tabla resume algunos de sus usos más comunes:
Lea también: Guía para la deducción del ISR
- Generadores eléctricos: Transforman energía mecánica en eléctrica. Inducen una fuerza electromotriz (EMF) al rotar una bobina en un campo magnético.
- Motores eléctricos: Funcionan mediante principios similares a los generadores, convirtiendo energía eléctrica en movimiento mecánico.
- Amortiguación magnética: Utiliza corrientes parásitas para ralentizar el movimiento de placas conductoras en campos magnéticos.
En muchas aplicaciones prácticas, el circuito de interés consiste en un número N de vueltas apretadas donde cada vuelta experimenta el mismo flujo magnético. La comprensión de estos fenómenos ha permitido el desarrollo de la ingeniería eléctrica actual, desde la generación y distribución de electricidad hasta la electrónica avanzada.
Lea también: Consideraciones sobre la Deducción de IVA en México