Fundamentos del Electromagnetismo: Flujo Magnético, Inducción y Ecuaciones de Maxwell
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Flujo Magnético
El flujo magnético a través de una superficie se define como una magnitud equivalente al resultado de multiplicar escalarmente los vectores intensidad de campo magnético y superficie.
Ley de Inducción de Faraday
El valor absoluto medio de la fuerza electromotriz inducida (FEM) equivale a la rapidez con que cambia el flujo magnético que atraviesa el inducido. De ello se deduce que si el flujo es constante, no habrá FEM inducida ni, por tanto, corriente inducida.
Ley de Lenz
El sentido de la corriente inducida es tal que el flujo magnético que la corriente produce minimiza el cambio de flujo magnético que la origina.
Autoinducción
En una bobina se produce un flujo magnético que es directamente proporcional a la intensidad de la corriente que la recorre. La constante de proporcionalidad entre el flujo magnético y la intensidad instantánea recibe el nombre de coeficiente de autoinducción. Las variaciones de la intensidad que recorre la bobina dan lugar a un cambio de flujo y, por tanto, a una fuerza electromotriz inducida en la propia bobina, es decir, una FEM autoinducida.
Dínamo y Alternador
Necesitan disponer de energía cinética para mover el inductor y transformar parte de la misma en energía eléctrica; es decir, que la dínamo o el alternador hacen justamente la transformación contraria que el motor eléctrico.
FEM Inducida en un Alternador
Para deducir la expresión de la FEM inducida, supongamos una espira o bobina conductora que gira con rapidez angular constante en un campo magnético que consideraremos uniforme. El flujo magnético que atraviesa la espira depende del ángulo que forma esta con la dirección del campo magnético en cada instante. El argumento del coseno, wt, se denomina fase, siendo cero el ángulo formado en el instante t=0. Puesto que el flujo magnético varía con el tiempo, de acuerdo con la Ley de Faraday, en la espira se producirá una fuerza electromotriz inducida. También puede estar formado por N espiras.
Transformador
Dispositivo que permite modificar el valor del voltaje alterno, aprovechando las variaciones periódicas del flujo magnético. Consta de dos arrollamientos de hilo conductor en torno a un núcleo de hierro o de ferritas.
Ecuaciones de Maxwell
Ley de Gauss para el campo eléctrico
El flujo a través de una superficie cerrada depende solo de la carga eléctrica que contiene esta superficie y de la permitividad eléctrica del medio.
Ley de Gauss del magnetismo
Indica que el flujo a través de una superficie cerrada siempre es nulo, lo que es consecuencia de la no existencia de polos magnéticos aislados.
Ley de Faraday-Lenz
Los flujos magnéticos variables con el tiempo originan una fuerza electromotriz inducida que, a su vez, genera un campo eléctrico.
Ley de Ampère-Maxwell
Incluye la relación simétrica entre los dos campos, e indica que los campos eléctricos variables originan también campos magnéticos.