Inducción electromagnética: ley de Faraday, Lenz y autoinducción

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.