El fenómeno de la inducción electromagnética es un fenómeno que consiste en la ocurrencia de una fuerza electromotriz o voltaje en un cuerpo ubicado en un campo magnético que está en constante cambio. Una fuerza electromotriz como resultado de la inducción electromagnética también surge si un cuerpo se mueve en un campo magnético estático y no uniforme, o gira en un campo magnético de modo que sus líneas que se cruzan en un circuito cerrado cambian.
Corriente eléctrica inducida
Bajo el concepto de "inducción" se entiende el surgimiento de un proceso como resultado del impacto de otro proceso. Por ejemplo, una corriente eléctrica puede ser inducida, es decir, puede aparecer como resultado de exponer un conductor a un campo magnético de una forma especial. Tal corriente eléctrica se llama inducida. Las condiciones para la formación de una corriente eléctrica como resultado del fenómeno de la inducción electromagnética se analizan más adelante en el artículo.
El concepto de campo magnético
AntesPara comenzar a estudiar el fenómeno de la inducción electromagnética, es necesario comprender qué es un campo magnético. En términos simples, un campo magnético es una región del espacio en la que un material magnético exhibe sus efectos y propiedades magnéticas. Esta región del espacio se puede representar usando líneas llamadas líneas de campo magnético. El número de estas líneas representa una cantidad física llamada flujo magnético. Las líneas del campo magnético son cerradas, comienzan en el polo norte del imán y terminan en el sur.
El campo magnético tiene la capacidad de actuar sobre cualquier material con propiedades magnéticas, como los conductores de hierro de la corriente eléctrica. Este campo se caracteriza por la inducción magnética, que se denota con B y se mide en teslas (T). Una inducción magnética de 1 T es un campo magnético muy fuerte que actúa con una fuerza de 1 newton sobre una carga puntual de 1 coulomb, que vuela perpendicular a las líneas del campo magnético a una velocidad de 1 m/s, es decir 1 T=1 Ns / (mCl).
¿Quién descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética?
La inducción electromagnética, en cuyo principio se basan muchos dispositivos modernos, se descubrió a principios de los años 30 del siglo XIX. El descubrimiento del fenómeno de la inducción electromagnética generalmente se atribuye a Michael Faraday (fecha de descubrimiento: 29 de agosto de 1831). El científico se basó en los resultados de los experimentos del físico y químico danés Hans Oersted, quien descubrió que un conductor a través del cual fluye una corriente eléctrica creaun campo magnético alrededor de sí mismo, es decir, comienza a mostrar propiedades magnéticas.
Faraday, a su vez, descubrió lo contrario del fenómeno descubierto por Oersted. Observó que un campo magnético cambiante, que se puede crear al cambiar los parámetros de la corriente eléctrica en el conductor, conduce a la aparición de una diferencia de potencial en los extremos de cualquier conductor de corriente. Si estos extremos están conectados, por ejemplo, a través de una lámpara eléctrica, entonces fluirá una corriente eléctrica a través de dicho circuito.
Como resultado, Faraday descubrió un proceso físico, como resultado del cual aparece una corriente eléctrica en un conductor debido a un cambio en el campo magnético, que es el fenómeno de la inducción electromagnética. Al mismo tiempo, para la formación de una corriente inducida, no importa lo que se mueva: el campo magnético o el propio conductor. Esto se puede demostrar fácilmente realizando un experimento apropiado sobre el fenómeno de la inducción electromagnética. Entonces, habiendo colocado el imán dentro de la espiral de metal, comenzamos a moverlo. Si conecta los extremos de la espiral a través de algún indicador de corriente eléctrica en un circuito, puede ver la apariencia de la corriente. Ahora debes dejar el imán solo y mover la espiral hacia arriba y hacia abajo en relación con el imán. El indicador también mostrará la existencia de corriente en el circuito.
Experimento de Faraday
Los experimentos de Faraday consistieron en trabajar con un conductor y un imán permanente. Michael Faraday descubrió por primera vez que cuando un conductor se mueve dentro de un campo magnético, surge una diferencia de potencial en sus extremos. El conductor en movimiento comienza a cruzar las líneas del campo magnético, lo que simulael efecto de cambiar este campo.
El científico descubrió que los signos positivo y negativo de la diferencia de potencial resultante dependen de la dirección en la que se mueve el conductor. Por ejemplo, si el conductor se eleva en un campo magnético, la diferencia de potencial resultante tendrá una polaridad +-, pero si este conductor se baja, ya obtendremos una polaridad -+. Estos cambios en el signo de los potenciales, cuya diferencia se llama fuerza electromotriz (EMF), conducen a la aparición en un circuito cerrado de una corriente alterna, es decir, una corriente que cambia constantemente su dirección a la opuesta.
Características de la inducción electromagnética descubiertas por Faraday
Sabiendo quién descubrió el fenómeno de la inducción electromagnética y por qué existe una corriente inducida, explicaremos algunas de las características de este fenómeno. Entonces, cuanto más rápido mueva el conductor en un campo magnético, mayor será el valor de la corriente inducida en el circuito. Otra característica del fenómeno es la siguiente: cuanto mayor es la inducción magnética del campo, es decir, cuanto más fuerte es este campo, mayor es la diferencia de potencial que puede crear al mover el conductor en el campo. Si el conductor está en reposo en un campo magnético, no surge FEM en él, ya que no hay cambio en las líneas de inducción magnética que cruzan el conductor.
Dirección de la corriente eléctrica y regla de la mano izquierda
Para determinar la dirección en el conductor de la corriente eléctrica creada como resultado del fenómeno de la inducción electromagnética, puedeutilice la llamada regla de la mano izquierda. Se puede formular de la siguiente manera: si la mano izquierda se coloca de modo que las líneas de inducción magnética, que comienzan en el polo norte del imán, entren en la palma, y el pulgar que sobresale se dirige en la dirección del movimiento del conductor en el campo del imán, entonces los cuatro dedos restantes de la mano izquierda indicarán la dirección del movimiento de la corriente inducida en el conductor.
Hay otra versión de esta regla, es la siguiente: si el dedo índice de la mano izquierda se dirige a lo largo de las líneas de inducción magnética, y el pulgar que sobresale se dirige en la dirección del conductor, entonces el el dedo medio girado 90 grados con respecto a la palma indicará la dirección de la corriente que aparece en el conductor.
El fenómeno de la autoinducción
Hans Christian Oersted descubrió la existencia de un campo magnético alrededor de un conductor o bobina con corriente. El científico también encontró que las características de este campo están directamente relacionadas con la fuerza de la corriente y su dirección. Si la corriente en la bobina o conductor es variable, entonces generará un campo magnético que no será estacionario, es decir, cambiará. A su vez, este campo alterno dará lugar a la aparición de una corriente inducida (el fenómeno de la inducción electromagnética). El movimiento de la corriente de inducción siempre será contrario al de la corriente alterna que circula por el conductor, es decir, resistirá cada cambio de dirección de la corriente en el conductor o bobina. Este proceso se llama autoinducción. La diferencia eléctrica resultantepotenciales se denomina EMF de autoinducción.
Tenga en cuenta que el fenómeno de la autoinducción se produce no solo cuando cambia la dirección de la corriente, sino también cuando cambia, por ejemplo, cuando aumenta debido a una disminución de la resistencia en el circuito.
Para la descripción física de la resistencia que ejerce cualquier cambio de corriente en un circuito debido a la autoinducción, se introdujo el concepto de inductancia, que se mide en henries (en honor al físico estadounidense Joseph Henry). Un henry es una inductancia para la cual, cuando la corriente cambia en 1 amperio en 1 segundo, surge un EMF en el proceso de autoinducción, igual a 1 voltio.
Corriente alterna
Cuando un inductor comienza a girar en un campo magnético, como resultado del fenómeno de la inducción electromagnética, crea una corriente inducida. Esta corriente eléctrica es variable, lo que significa que cambia de dirección sistemáticamente.
La corriente alterna es más común que la corriente continua. Así, muchos dispositivos que funcionan desde la red eléctrica central utilizan este tipo de corriente. La corriente alterna es más fácil de inducir y transportar que la corriente continua. Como regla general, la frecuencia de la corriente alterna doméstica es de 50-60 Hz, es decir, en 1 segundo su dirección cambia 50-60 veces.
La representación geométrica de la corriente alterna es una curva sinusoidal que describe la dependencia del voltaje con el tiempo. El período completo de la curva sinusoidal para la corriente doméstica es de aproximadamente 20 milisegundos. Según el efecto térmico, la corriente alterna es similar a la corriente. CC, cuyo voltaje es Umax/√2, donde Umax es el voltaje máximo en la curva sinusoidal de CA.
El uso de la inducción electromagnética en la tecnología
El descubrimiento del fenómeno de la inducción electromagnética produjo un verdadero auge en el desarrollo de la tecnología. Antes de este descubrimiento, los humanos solo podían generar electricidad en cantidades limitadas usando baterías eléctricas.
Actualmente, este fenómeno físico se usa en transformadores eléctricos, en calentadores que convierten la corriente inducida en calor y en motores eléctricos y generadores de automóviles.
