Inducción Electromagnética: Fundamentos, Leyes y Aplicaciones

La inducción electromagnética es la producción de corrientes eléctricas por la acción de campos magnéticos. El inductor, la bobina cargada (o el imán) que provoca la aparición de la corriente, y el inducido, la bobina (circuito) donde se genera la corriente inducida.

Conclusiones de Faraday

• Se genera una corriente inducida cuando el inductor, origen del campo magnético, y el inducido se mueven uno respecto del otro.
• Cuando el movimiento es en un sentido, la aguja del galvanómetro se desplaza en un sentido, y cuando cambia el sentido del movimiento, la aguja del galvanómetro se desplaza en sentido contrario.
• La intensidad de la corriente inducida es mayor cuanto más rápido es el movimiento relativo del inductor y el inducido.
• Para que se produzca una corriente inducida, es necesario que haya una variación en las líneas de inducción magnética que atraviesan el inducido.

Fuerza Electromotriz (FEM)

La fuerza electromotriz es la energía que el generador comunica a la unidad de carga.

Ley de Faraday

La ley de Faraday establece que cuando se introduce un conductor encerrado en una zona donde hay un campo magnético, la FEM inducida es igual y de signo contrario a la rapidez con que varía el flujo magnético en el circuito.

Autoinducción e Inducción Mutua

La autoinducción consiste en la inducción de una corriente sobre sí mismo. Para que se produzca, es necesario que varíe con el tiempo la intensidad de corriente que recorre el circuito.

La inducción mutua se produce cuando dos circuitos situados a una distancia suficiente son capaces de inducir corriente el uno del otro.

Transformadores

Un transformador es un dispositivo que se utiliza para modificar el voltaje y la intensidad de una corriente alterna sin que se produzcan pérdidas de energía significativas. Al no producir pérdidas en el proceso, los transformadores son útiles para transportar energía, lo que hacen es modificar el voltaje en algún punto del trayecto y manteniendo constante la potencia.

Generadores Eléctricos

Un generador eléctrico es un dispositivo capaz de transformar otro tipo de energía en energía eléctrica.

El Alternador

El alternador es un generador de corriente alterna, que periódicamente cambia el sentido en que circulan las cargas eléctricas.

La Dinamo

La dinamo es un generador de corriente continua. Se llama así porque no cambia el sentido en que circulan las cargas eléctricas.

Centrales Eléctricas

En todas las centrales, utilizando el movimiento de rotación de una turbina, se hace llegar al rotor de un alternador. Se diferencian en:

Centrales Térmicas

Utilizan una fuente de energía para convertir agua en vapor que mueve una turbina. Hay centrales térmicas que aprovechan el calor del sol y lo concentran mediante espejos.

Centrales Hidráulicas

Utilizan la energía potencial del agua embalsada para mover las aspas de una turbina.

Aerogeneradores

Utilizan la energía cinética del viento para mover unas palas que transmiten el movimiento al rotor.

Centrales Solares Fotovoltaicas

Aprovechan el efecto fotoeléctrico para producir electricidad.

Variaciones en cada circuito con bobina

En caso de que haya una bobina en el circuito, por esta razón en la bobina aparece una FEM inducida que provocará una corriente que se opone a la aparición o desaparición de la corriente del circuito. También provocará un cambio en el flujo magnético que atraviesa las espiras de la bobina. La corriente inducida provocará que cuando se cierre el interruptor, la bombilla tarde más en llegar a la brillantez máxima, ya que la corriente se opone a la circulación. Y cuando se abre, se apagará antes la bombilla del circuito que no tiene bobina, ya que aparece un cambio del flujo magnético.

Generación de corriente eléctrica por el movimiento de un circuito dentro de un campo magnético

Para generar corriente eléctrica es necesario que haya una variación de flujo magnético, por lo que la FEM será igual y de signo contrario a la velocidad. (Fórmulas relacionadas con la FEM, el flujo y el ángulo)

Inducción de corriente eléctrica en una espira

La opción correcta es la b) Sólo en el caso D, ya que el flujo de A, B y C no varía. En el caso D, el flujo magnético a través de la espira varía a lo largo del tiempo y, por tanto, se induce una corriente eléctrica.

Gráficas de FEM constante

A) Para que la FEM sea constante, es necesario que el flujo tenga una variación lineal respecto al tiempo. El único parámetro variable es la tercera gráfica.

B) Crece hacia valores positivos en el eje Z. La corriente inducida debe provocar un campo magnético que crezca en sentido opuesto. En la cara superior debe ser en sentido horario (Sur) y en la inferior (Norte).

Solenoide y flujo magnético

En el solenoide se induce una FEM que se opone al cambio que produce de flujo a través de ella. Como el vector de campo magnético y el vector de superficie de la sección transversal de la bobina son paralelos, se puede obtener el flujo que atraviesa la bobina.

Sentido de la corriente inducida

B) La corriente será tal que se oponga al cambio que produce una variación en el flujo. Como el cambio es un aumento del flujo, el flujo se opondrá a la corriente creada por el campo magnético (sentido contrario).