Inducción Electromagnética: Conceptos Clave y Principios Fundamentales
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Este documento explora los principios esenciales de la inducción electromagnética, abordando desde la ley de Faraday hasta el comportamiento de los solenoides y la energía magnética en circuitos eléctricos. A continuación, se presentan los conceptos fundamentales en formato de preguntas y respuestas para una comprensión clara.
La f.e.m. Inducida y la Ley de Lenz
La fuerza electromotriz (f.e.m.) inducida en un circuito es tal que:
Se opone a la causa que la ha producido.
Campo Magnético Variable y Campo Eléctrico
Un campo magnético variable induce en un circuito eléctrico:
Un campo eléctrico rotacional.
Coeficientes de Inducción en Solenoides Acoplados
Dos solenoides de N1 y N2 espiras respectivamente, se enrollan sobre un mismo núcleo de hierro, pero son independientes eléctricamente. Sus coeficientes de autoinducción son L1 y L2 y el de inducción mutua es M. La relación entre estos coeficientes, cuando el acoplamiento es total, es:
M = (L1 L2)1/2
Ley de Faraday: Relación entre Campos
La ley de Faraday de la inducción relaciona entre sí campos:
No electrostáticos con campos magnéticos variables.
Requisitos para la Ley de Faraday
Para que se cumpla la Ley de Faraday de la inducción electromagnética es necesario:
Al ser una Ley general no precisa la existencia de medios materiales.
f.e.m. Inducida por Desplazamiento de un Conductor
Por el hecho de desplazarse un conductor en el seno de un campo magnético:
Se induce fuerza electromotriz.
Almacenamiento de Energía Magnética
¿Dónde se almacena la energía magnética en un circuito eléctrico?
En el solenoide.
Generación de Corriente Alterna
La generación de corriente alterna se justifica mediante la ley de:
Faraday-Henry.
Factores que Afectan el Coeficiente de Autoinducción
El coeficiente de autoinducción de los solenoides depende de:
Sus características físicas y geométricas.
Efecto de la Autoinducción al Abrir un Circuito
Al abrir un circuito eléctrico alimentado por una f.e.m. continua, el efecto de una autoinducción en él es:
Retrasar el instante en que la intensidad alcance su valor nulo.
Efecto de la Autoinducción al Cerrar un Circuito
Al cerrar un circuito eléctrico alimentado por una f.e.m. continua, el efecto de la presencia en dicho circuito de una autoinducción es:
Retrasar el instante en que la intensidad alcanzará su valor final.
Constante de Tiempo en Circuitos RL
En un circuito con resistencia, autoinducción y una batería, la constante de tiempo se define como:
El cociente entre la autoinducción y la resistencia.
Inducción de f.e.m. entre Circuitos
Dado un conjunto de circuitos eléctricos recorridos por corrientes, se induce f.e.m. entre ellos:
Tanto si varían las intensidades, como si se mueven los circuitos o se deforman.
f.e.m. Inducida por Conductor en Campo Magnético Uniforme
Cuando se mueve con velocidad v constante un conductor rectilíneo en el seno de un campo magnético B uniforme e independiente del tiempo, se produce una f.e.m. inducida en el conductor:
Si los vectores v y B no son colineales.
Energía Magnética Total en Circuitos RL
En un circuito con resistencia R, autoinducción L y una batería de f.e.m. ε, la energía magnética total se define como:
W = (1/2) L I2, que se almacena en la autoinducción.