Ejercicio resuelto de Campo electromagnético · Física · 2020

T2. Inducción electromagnética: leyes de Faraday y Lenz. (1 punto)

$\mathbf{\text{T2.}}\mathbf{\text{Inducci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n}}\mathbf{\text{electromagn}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tica:}}\mathbf{\text{leyes}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{Faraday}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{Lenz.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

La inducción electromagnética es el fenómeno por el cual se genera una fuerza electromotriz, y con ella una corriente, en un circuito cuando varía el flujo del campo magnético que lo atraviesa. La descubrieron experimentalmente Faraday y Henry hacia 1831.

El flujo del campo magnético a través de la superficie delimitada por el circuito se define como:

$\mathrm{\Phi }={\int }_S\vec{B}\cdot d\vec{S}=BS\cos \alpha$

donde $\alpha$ es el ángulo entre el campo y la normal a la superficie. Su unidad es el weber.

La ley de Faraday establece que la fuerza electromotriz inducida es igual a la rapidez con que varía el flujo, cambiada de signo. Si hay una bobina de $N$ espiras iguales, los efectos se suman:

$\epsilon =-N{\displaystyle \frac{d\mathrm{\Phi }}{dt}}$

Según la expresión del flujo hay inducción siempre que varíe alguno de sus tres factores: el campo, por ejemplo con un imán que se acerca; la superficie, con una barra que se desliza sobre raíles; o la orientación, con una espira que gira, que es la base del alternador.










La ley de Lenz interpreta el signo menos: la corriente inducida circula en el sentido que se opone a la variación de flujo que la produce. Así, al acercar un imán a una espira el flujo aumenta y la corriente inducida crea un campo que lo repele; al alejarlo, la corriente cambia de sentido y tiende a atraerlo.





La ley de Lenz es una consecuencia directa del principio de conservación de la energía. Si la corriente inducida favoreciese la causa que la origina, el sistema se autoalimentaría y obtendríamos energía de la nada. Por eso, para mantener la variación de flujo hay que realizar un trabajo mecánico, que es precisamente la energía que se transforma en energía eléctrica.

Combinando ambas leyes se obtiene la ley de Faraday-Lenz, una de las ecuaciones de Maxwell y fundamento del funcionamiento de generadores, alternadores, dinamos y transformadores.