LEY DE FARADAY

En 1820, el descubrimiento, de Oester, de los efectos magnéticos causados por la corriente eléctrica creo un gran interés en la búsqueda de los efectos eléctricos producidos por campos magnéticos, que es la inducción electromagnética, descubierta en 1830 por Michel Faradayy Joseph Henry, casi simultáneamente y de manera independiente.  Ampère había malinterpretado algunos experimentos, porque buscaba fenómenos eléctricos causados por campos magnéticos estáticos. Los experimentos de Faraday y Henry, mostraron que una corriente eléctrica podría inducirse en un circuito mediante un campo magnético variable. Los resultados de estos experimentos llevaron a la ley conocida como Ley de Inducción de Faraday.  Esta ley señala que la magnitud de la fuerza electromotriz (fem) inducida en un circuito es igual a la razón de cambio en el tiempo del flujo magnético a través del circuito.

También, los campos eléctricos cambiantes producen campos magnéticos.  Esto no se descubrió experimentalmente, porque el efecto hubiera sido mínimo en los experimentos de laboratorio realizados a principios del siglo XIX.   Maxwell predijo teóricamente este hecho entre los años 1857 y 1865, en estudios cuyo objeto era desarrollar una base matemática y conceptual firme para la teoría electromagnética.  Sugirió que un campo eléctrico cambiante actúa como una corriente de desplazamiento (estudiada en el capitulo anterior) adicional en la ley de Ampère.

En este capitulo se estudian las relaciones dinámicas existentes entre los campos eléctricos y magnéticos.

LEY DE FARADAY.

En una demostración clave de la inducción electromagnética figura10.1, se conecta un galvanómetro con una espira y se hace mover un imán de un lado a otro por el eje de la espira.  Mientras el imán se mantiene fijo nada sucede, pero cuando está en movimiento, la aguja del galvanómetro se desvía de un lugar a otro, indicando la existencia de corriente eléctrica y por ende de una fuerza electromotriz en el circuito espira-galvanómetro.  Si el imán se mantiene estacionario y la espira se mueve ya sea hacia o alejándose del imán, la aguja también se desviara.  A partir de estas observaciones, puede concluirse que se establece una corriente en un circuito siempre que haya un movimiento relativo entre el imán y la espira.

La corriente que aparece en este experimento se llama corriente inducida, la cual se produce mediante una fem inducida. Nótese que no existen baterías en ninguna parte del circuito.

En otro experimento como la figura 10.2.  Las espiras se colocan una cerca de la otra pero en reposo la una con respecto de la otra.  Cuando se cierra el interruptor S, creando así  una corriente estacionaria en la bobina de la derecha, el galvanómetro marca momentáneamente; cuando se abre el interruptor, interrumpiendo de este modo la corriente, el galvanómetro marca nuevamente, pero en dirección contraria.

La unidad del flujo magnético en el SI es el tesla metro², al cual se le da el nombre de weber ( abreviado Wb) en honor de Wilhelm Weber (1804 -1891).  Esto es,  1weber = 1T.m².

En términos del flujo magnético, la fem inducida en un circuito está dada por la ley de la inducción de Faraday :

“La fem inducida en un circuito es igual a la rapidez con signo negativo con la que cambia con el tiempo el flujo magnético a través del circuito”.

No existe el potencial eléctrico

La existencia del potencial eléctrico se deduce de que el campo eléctrico es conservativo. Esto es cierto en electrostática, pero no en general. Por tanto, no puede definirse una función de la cual derive el campo eléctrico. Por la misma razón, en general no puede hablarse de diferencia de potencial, sino que es más correcto referirse al voltaje.

Aplicaciones

EJERCICIOS:

El número de aplicaciones de la ley de Faraday es infinito. Prácticamente toda la tecnología eléctrica se basa en ella, ya que generadores, transformadores y motores eléctricos se basan en ella. Aquí indicamos algunas de las aplicaciones más directas.

1. La fem inducida se determina aplicando la relaci ́on entre el campo y el potencial el ́ectricos. Su valor absoluto es:

                                             ε=EL=5·10−3 ·0,2=10−3 V

Siempre que el conductor se mueva con velocidad constante, la f.e.m. es estable y se origina una corriente el ́ectrica, cuyo sentido convencional es el contrario al del movimiento de los electrones. Aplicando la ley de Ohm:

ε 10−3
I=R= 10 =10−4 A 

3. Sobre la varilla, recorrida por la intensidad de la corriente el ́ectrica I, actu ́a una fuer- za magn ́etica de sentido opuesto al vector velocidad. Para mantener su movimiento hay que aplicar una fuerza externa de sentido contrario al de la fuerza magn ́etica, es decir, del mismo sentido que el del vector velocidad. Esta fuerza es la que realiza el trabajo necesario para mantener la corriente el ́ectrica por el circuito. Su m ́odulo es:

                                          Fext = I L B = 0,2 · 10−4 · 0,1 = 2 · 10−6 N