Principios de Inducción Electromagnética y Flujo Magnético

Flujo Magnético

Sabemos que una forma de representar un campo de fuerzas es mediante las llamadas líneas de fuerza, que son aquellas líneas imaginarias tales que, en cada punto de ellas, el campo está dirigido tangencialmente. El número de líneas de fuerza nos da una idea de la intensidad del campo, de tal manera que cuanto más "apretadas" estén las líneas de fuerza en una región, tanto más intenso será el campo en dicha región.

Como el campo es proporcional a la densidad de líneas (número de líneas por unidad de superficie, n/S), el producto B · S será un índice del número de líneas de fuerza que atraviesan dicha superficie. Este índice es lo que llamamos flujo del campo a través de S:

Φ_m = B · S

Siendo S un vector perpendicular a la superficie y de módulo igual al área de la misma. En el caso general de una superficie cualquiera y un campo B constante, dividimos la superficie en elementos infinitesimales, calculando el flujo en cada uno para luego sumarlos:

dΦ = B · dS

Por esto, a veces se define el valor del campo magnético como B = Φ / S. Si consideramos una superficie cerrada, el flujo total es nulo (Φ_m = ∮ B · dS = 0), pues las líneas de campo magnético son cerradas.

Ley de Faraday

La fuerza electromotriz (fem) inducida en un circuito es igual a la velocidad con que varía el flujo magnético a través de dicho circuito, cambiada de signo:

ε = -dΦ / dt

Si conocemos la resistencia R del circuito, la intensidad de la corriente es: I = ε / R. Vemos que la inducción de corriente eléctrica en un circuito es debida a la variación del flujo magnético.

Como Φ = B · S · cos(α), podemos inducir una corriente variando cualquiera de los tres factores: B, S o α.

Ley de Lenz

La regla para determinar el sentido de la corriente inducida fue establecida por Lenz en 1834. El sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la causa que lo produce.

• Al acercar un imán a una bobina, hemos de realizar un trabajo externo, que es el que se convierte en energía eléctrica.
• Si acercamos el imán (aumenta Φ), la corriente ha de ser tal que genere un flujo opuesto; por lo tanto, la intensidad I tendrá un sentido contrario a las agujas del reloj.
• Si alejamos el imán (disminuye Φ), la intensidad I tendrá el sentido de las agujas del reloj.

La Ley de Lenz es otra forma de enunciar el principio de conservación de la energía. Si fuese contrario a lo indicado, tendríamos una cara Norte frente a una cara Sur, existiría atracción y se realizaría trabajo sobre el imán, a la vez que se produce corriente eléctrica originando más trabajo; es decir, se crearía energía de forma ilimitada, lo cual es imposible.