La inducción electromagnética, a menudo conocida como inducción, es un proceso en el que se coloca un conductor en una determinada posición y el campo magnético varía o permanece estacionario a medida que el conductor se mueve. Como resultado de esto, se crea un voltaje o EMF (fuerza electromotriz) a través del conductor eléctrico. En 1830, Michael Faraday descubrió la Ley de Inducción. Echemos un vistazo más de cerca a la inducción electromagnética.
Inducción electromagnética
Suponga que no usa efectivo cuando compra y sus padres utilizan tarjetas de crédito. La tarjeta siempre es escaneada o deslizada por el comerciante. El comerciante no fotografía ni toca la tarjeta. Sin embargo, lo desliza/escanea. ¿Cómo este deslizamiento de la tarjeta quita dinero? Esto se debe a un fenómeno conocido como ‘inducción electromagnética’.
¿Es posible que las cosas en movimiento generen corrientes eléctricas? ¿Cómo puedes saber si existe una conexión entre la electricidad y el magnetismo? Considere cómo sería la vida si no hubiera computadoras, teléfonos o electricidad. Los experimentos de Faraday dieron como resultado el desarrollo de generadores y transformadores.
La inducción de una fuerza electromotriz por el paso de un conductor a través de un campo magnético o por un cambio en el flujo magnético en un campo magnético se conoce como inducción electromagnética.
Esto sucede cuando un conductor se coloca en un campo magnético en movimiento o cuando se mueve en un campo magnético fijo.
Michael Faraday descubrió esta regla de inducción electromagnética. Colocó un cable conductor similar al diagrama de arriba, que conectó a un dispositivo que medía el voltaje a través del circuito. El voltaje en el circuito se mide cuando un imán de barra pasa a través del dispositivo. La importancia de esto es que es un método para crear energía eléctrica en un circuito empleando campos magnéticos en lugar de baterías. El principio de la inducción electromagnética es utilizado por dispositivos como generadores, transformadores y motores.
Ley de inducción electromagnética de Faraday
Faraday dio dos leyes de inducción electromagnética:
Primera ley: cuando se coloca un conductor en un campo magnético cambiante, se produce una fem inducida y, si el conductor está cerrado, fluye una corriente inducida a través de él.
Segunda Ley: La magnitud de la FEM inducida es igual a la tasa de cambio de flujo.
Faraday descubrió que varios elementos impactan en la generación de voltaje a través de su experimento. Son los siguientes:
- Número de bobinas: el voltaje inducido es proporcional al número de vueltas/bobinas del cable. Cuantas más vueltas hay, más voltaje se crea.
- Campo magnético cambiante: el voltaje inducido se ve afectado por cambios en el campo magnético. Esto se puede lograr girando el campo magnético alrededor del conductor o girando el conductor dentro del campo magnético.
Por lo tanto, la ley de inducción electromagnética de Faraday establece que la cantidad de voltaje generado en una bobina es proporcional al campo magnético cambiante y al número de vueltas de la bobina.
Como resultado, el voltaje inducido ahora es:
mi = norte (dϕ ⁄ dt)
dónde,
- N = número de vueltas en la bobina
- dϕ = cambio en el flujo magnético
- dt = intervalo de tiempo
- E = voltaje inducido
Ley de inducción electromagnética de Lenz
La Ley de Lenz establece que cuando una fem induce de acuerdo con la ley de Faraday, la polaridad (dirección) de esa fem inducida se opone a la causa de su creación.
De acuerdo con la ley de Lenz,
mi = – norte (dϕ ⁄ dt)
El signo negativo indica que la fem inducida se opone a la causa de su producción.
Aplicaciones de la Inducción Electromagnética
- Inducción electromagnética en generador de CA.
- Transformadores Eléctricos
- Medidor de flujo magnético
Transformadores Eléctricos
Un transformador eléctrico es otro uso importante de la inducción electromagnética. Un transformador es un dispositivo que utiliza un campo magnético para convertir energía eléctrica de CA de un nivel de voltaje a otro. El voltaje en el primario de un transformador reductor es mayor que el voltaje en el secundario. Un transformador elevador es aquel en el que el voltaje secundario tiene vueltas adicionales. Para aumentar el voltaje a 100 kV, los proveedores de energía emplean un transformador escalonado, que disminuye la corriente y reduce la pérdida de energía en las líneas de transmisión. Los circuitos domésticos, por otro lado, emplean transformadores reductores para reducir el voltaje a 120 o 240 V.
Inducción electromagnética en generador de CA.
La producción de corriente alterna es una de las aplicaciones más importantes de la inducción electromagnética.
El equipo más avanzado es el generador de CA con una capacidad de salida de 100 MV. El área efectiva del bucle cuando la bobina gira en un campo magnético B es igual a A cos θ , donde θ es el ángulo entre A y B. El principio de funcionamiento de un generador de CA básico es esta forma de crear un cambio de flujo. El eje de la bobina giratoria es perpendicular a la dirección del campo magnético. El flujo magnético a través de la bobina cambia a medida que la bobina gira, lo que hace que se induzca una fem en la bobina.
Problemas de muestra
Problema 1: cuando se coloca una barra magnética cerca de la bobina circular que tiene 50 vueltas, la densidad del campo magnético cambia a una velocidad de 0,10 T ⁄ s. Encuentre la fem inducida en la bobina.
Solución:
Dado:
Número de vueltas, N = 50 vueltas
Tasa de cambio del flujo magnético, dϕ ⁄ dt = 0,10 T ⁄ s
mi = – norte (dϕ ⁄ dt)
= – 50 × 0,10 V
= – 5 voltios
Por tanto, la fem inducida en la bobina es de 5 V.
Problema 2: ¿Qué es la inducción electromagnética?
Solución:
La inducción electromagnética es la inducción de una fuerza electromotriz por el movimiento de un conductor a través de un campo magnético o por un cambio en el flujo magnético en un campo magnético.
Problema 3: ¿Qué es la Ley de inducción electromagnética de Faraday?
Solución:
La ley de inducción electromagnética de Faraday establece que la cantidad de voltaje generado en una bobina es proporcional al número de vueltas y al campo magnético cambiante de la bobina.
Problema 4: ¿Qué es la ley de Lenz?
Solución:
Según la ley de Lenz, la fem inducida se opone a la causa de su producción, es decir, E = – N (dϕ ⁄ dt). El signo negativo indica que la fem inducida se opone a la causa de su producción.
Problema 5: Menciona las aplicaciones de la inducción electromagnética.
Solución:
Aplicaciones de la inducción electromagnética:
- Inducción electromagnética en generador de CA.
- Transformadores Eléctricos
- Medidor de flujo magnético