El conocer lo que es una inducción electromagnética ha sido de gran importancia a través de los años, dado a su descubrimiento y establecimiento se han permitido desarrollar y avanzar diversos aspectos en la física, hoy en día se presenta distintos establecimientos de este término permitido por los descubrimiento dados, que lograron diseñar y desarrollar máquinas que son empleadas para un objetivo en la física. En este artículo se presentaran los puntos y aspectos más importantes de la inducción electromagnética.
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¿Qué es la Inducción Electromagnética?
Es el fenómeno que presenta la producción de una fuerza electromotriz , este proceso se presenta mediante un medio o cuerpo que se encuentra expuesto a un campo magnético variable, por lo tanto, se puede decir que la inducción eléctrica es la reacción que genera electricidad a partir de un medio, por ello se considera que la forma más común en que ocurra una generación de corriente es a partir del termino inducción eléctrica.
Una corriente eléctrica es inducida por medio de un campo magnético. El cuál es la región donde el imán presenta efectos magnéticos, por lo tanto, esta región se presenta como líneas, las cuales son conocidas como líneas de campo magnético, en el cual se destaca el término de flujo magnético, siendo la cantidad de líneas presentes.
Historia
El descubrimiento de la inducción electromagnética vino dado por el científico Michael Faraday realizado en el año 1831, basándose en diversos conceptos y conocimientos para dicho fin. A partir del descubrimiento de Oersted que el cual descubrió que en un cable circula una corriente eléctrica y en él se crea a su alrededor un campo magnético, deduciendo que el cable tiene propiedades magnéticas.
Sin embargo, Faraday descubrió lo contrario a esto, estableció que un campo magnético variable que varía en movimiento genera una diferencia de potencial, es decir, una tensión en los extremos del conductor y en el momento en que se cierra el circuito, la corriente que se mantiene en el circuito continuará circulando. Para ello denominó esta corriente como Corriente Inducida
Dado a la comprobación del movimiento por parte del conductor dentro del campo magnético que proviene de un imán que se encuentra fijo, generando una diferencia de potencial en los extremos del conductor, entonces para el caso en que el conductor presenta el movimiento este corta las fuerzas que presentan por parte del campo magnético, de tal manera que produce un efecto de un campo magnético variable.
En el caso de estar en movimiento el imán, lo cual puede venir dado en un conductor que se presente fijo, como puede un cable, en esta Faraday presentó que se produce una diferencia de potencial en los extremos del conductor ya que el imán es el que generará el campo magnético variable.
La presencia del campo magnético puede venir dada por imán que se encuentre en movimiento, de tal manera que en una espira que se conecte a un receptor será el circuito eléctrico por el que circulará la corriente inducida o generada. Así como también se presenta el caso en que el imán se presente fijo, y quien se mueva sea el conductor, por ello, Faraday estableció dichas deducciones.
Presentándose en estos elementos, el lado positivo y negativo, el cual depende del movimiento del conductor dentro del campo, Faraday estableció este término indicando que si un conductor sube cortando un campo conocida como ddp este presenta una polaridad (+-), en el caso de bajar por el campo sería lo contrario. Por lo tanto la tensión que era generada fue denominada como fuerza electromotriz, dado a que depende del movimiento del imán dentro de la espira.
Cuando se establece la conexión del conductor con el receptor a partir de esa d.d.py presenta un cierre formando un circuito eléctrico, la d.d.p. se convierte en corriente eléctrica, corriente eléctrica inducida. El sentido de la corriente dependerá del movimiento que presenta el conductor dentro del campo. En el caso de que el conductor suba por el campo la corriente será en un sentido y cuando ocurre una bajada entonces el sentido será el contrario, relevante para conocer que es la inducción electromagnética.
Faraday llevó a cabo la comprobación de que cuanto más rápido el conductor cortaba las líneas del campo magnético del imán entonces a partir de ello se iba a producir mayor corriente eléctrica inducida en el circuito. A partir de esta de ello se llevó a cabo la demostración de que cuanto mayor es la variación del flujo entonces mayor es la tensión que es inducida, por lo cual era de gran relevancia el conocer que es la inducción electromagnética.
Además también presentó la creación de un circuito, sin que fuera con solo uso de un cable, Faraday llevo a cabo movimiento en el campo magnético hacia una espira, por lo tanto se presentaban dos cables en movimiento, esto en el campo magnético, lo que conllevaba a la generación de tensión en los extremos.
Autoinducción
Se basa en el proceso de circulación de la corriente por la bobina siendo variable, por lo tanto se produce también un campo variable y este campo producido por la propia corriente generará otra corriente sobre el conductor o espira de sentido contrario al efecto que lo produce la corriente que circula por la bobina, de tal manera que ofrezca una resistencia eléctrica que se presentará al paso de la corriente original.
Además también se presenta lo conocido como la Corriente de Autoinducción, la cual se presenta generado por el campo magnético variable presentándose de la fuerza electromotriz, de tal manera que presenta corte de los conductores de la bobina y crea la corriente variable en las espiras, por ello también se le conoce como Fuerza Electromotriz de Autoinducción
Por lo tanto la corriente que se presenta variable también se presenta como una corriente alterna, así como una corriente continua la cual presenta también variación. En el caso de la corriente alterna son consideradas en las bobinas, dado a que la resistencia que se presenta depende del coeficiente de autoinducción o también conocido como inductancia.
Producción de la Corriente Alterna
Se presenta movimiento de los electrones en el interior de un conductor el cual es conocido como corriente eléctrica. En el caso de que los electrones oscilan en ambos sentidos, entonces se le conoce como corriente alterna.
La corriente alterna es producida en los generadores de c. a. Este proceso viene dado por el movimiento de una bobina frente a un imán, se presenta un movimiento por parte de los electrones con respecto al hilo de la bobina.
El movimiento de los electrones no presenta desplazamiento a los largo del hilo conductor, éstos solamente se presenta oscilando respecto a un solo punto. Se destaca el campo electromagnético, el cual presenta los electrones en movimiento con oscilaciones que se desplazan por el hilo a la velocidad de la luz, y de igual manera se presenta desplazada la señal eléctrica a esa velocidad.
Se presenta el término de intensidad de corriente alterna, la cual se presenta dada por el número de electrones que se encuentran oscilando en cada una de las secciones del conductor, no importa si el número es menor o mayor, a medida que la carga se presenta atravesando la sección del conductor, entonces se presenta la intensidad de corriente alterna en unidades de amperio. Este tipo de procesos son de alta relevancia, los cuales se pueden presentar por ejemplo en una instalación eléctrica.
Carga por inducción
Este proceso se presenta cuando un cuerpo con carga eléctrica se comienza a acercar a otro cuerpo el cual se encuentra neutro, causando una redistribución en las cargas en este cuerpo dado por la repulsión generada por las cargas del material cargado, además también se origina cuando las cargas de un cuerpo neutro comienzan un proceso de reorganización el cual se presenta cuando hay cercanías de un cuerpo cargado.
Por lo tanto el proceso de carga por la inducción completa se presenta cuando ocurre la conexión de un objeto que se encuentra a tierra y luego se retira el objeto que se presenta cargado.
Dado a que la inducción es un proceso de carga de un objeto que no presenta un contacto directo, entonces se presenta ciertas situaciones consideradas:
Cuando un cuerpo cargado eléctricamente tiene la capacidad de poder atraer a otro cuerpo que se encuentra neutro. También el caso de cuando se acerca un cuerpo electrizado a un cuerpo que se encuentra neutro, para ello se establece una interacción eléctrica entre las cargas del primer cuerpo y las del cuerpo que se presenta neutro.
Esta interacción presenta un resultado, la cual viene dada por una alteración en la distribución inicial, se presenta que el cuerpo que se encuentra electrizado genera un desplazamiento de los electrones que se presentan libres, estos electrones se dirigen hacia el cuerpo que se encuentra neutro.
Dado a que este proceso es de redistribución de cargas, se presenta lo conocido como la carga neta inicial que no presenta variación en el cuerpo neutro, sin embargo, en cierto puntos que se presentan causan carga positivas y otros cargas negativas.
Por lo tanto, se considera una aparición de las cargas eléctricas inducidas a partir de este proceso detallado, cuando el cuerpo inductor, es decir, el que se encuentra electrizado presenta un proceso de inducir una carga que es del signo contrario, entonces el cuerpo neutro lo comienza a atraer.
Inducción magnética
Parte de los puntos más destacados del tema, y el cual se ha detallado un poco anteriormente, se presenta de la siguiente manera. La inducción magnética es conocida como un fenómeno a partir del campo magnético comienza a presentar la formación de un campo eléctrico, al presentarse un campo eléctrico es generado en un material conductor, los portadores que se presentan de carga se presentan expuestos a las fuerzas, por lo tanto, se presenta la inducción de la corriente eléctrica lo cual ocurre directamente en el conductor.
Se presenta el movimiento de un imán que se presenta fijo, lo cual ocurre por el interior de una bobina solenoide, esta se presenta formada por un enrollado de alambre de cobre que presenta un núcleo de aire, además se presenta la formación del campo magnético del imán el cual provoca en las espiras del alambre que presente la aparición de una fuerza electromotriz conocida como FEM, así como el flujo de corriente de electrones. Este proceso, fenómeno es el conocido como inducción magnética, siendo de alta importancia para conocer lo que es la inducción electromagnética.
Al presentar un flujo de electrones o de una corriente eléctrica, los cuales se presentan en movimiento en las espiras, este punto se presenta en la instalación del galvanómetro, así como en un circuito que se presenta por la bobina del selenoide.
Ecuaciones de Maxwell
Son un conjunto de cuatro ecuaciones, que presentan la descripción de los fenómenos electromagnéticos, por lo tanto, El científico James Clerk Maxwell fue el creador de dichas ecuaciones, las cuales presentan su nombre por dicho acontecimiento, éste se encargó de reunir cada una de estas ecuaciones a partir de los resultados que obtuvieron Coulomb, Gauss, Ampere, Faraday, otros aportadores, para ello se destacaron conceptos relacionados y productivos en el desarrollo, como la corriente, el desplazamiento, campos eléctricos, campos eléctrico, considerando cada uno de ellos en lo conocido como campo electromagnético, aportando información sobre lo que es la inducción electromagnética.
Las ecuaciones de maxwell abarcaban cada uno de los puntos, ideas, términos, detallados anteriormente, pero además, se presentaba una alta relación con el magnetismo y la electricidad, a partir del cual s e presentaba la deducción de ecuaciones de las mismas aportadas para esta área, destacando la ecuación de ondas, la cual fue de alta importancia, permitiendo la producción de las ondas de la naturaleza electromagnética las cuales presentaban la característica de poder propagarse a la velocidad que se presentaba la luz, por lo tanto, a partir de ello, Maxwell estableció una conclusión con respecto a la luz y el magnetismo, presentó la relación entre ellos y la luz considerada como una perturbación electromagnético, por lo tanto, de esta manera el desarrollo que Maxwell presentó en su trabajo fue considerado de los mejores, ya que logró unificar, términos como el electromagnetismo con respecto a la óptica y el estudio electromagnético de la luz.
Ley de Ohm
Establecida por el científico Ohm, el cual descubrió al principio del siglo XIX que la corriente a través de un metal se presenta directamente proporcional al voltaje o diferencia de potencial eléctrico por el metal, a partir de ello se estableció la resistencia en los circuitos. Por lo tanto, se destaca la forma en que se expresa la Ley de Ohm, viene dada por la ecuación
V=RI
En donde:
- V es el potencial eléctrico en voltios
- I es la corriente en amperios
- R es la resistencia en Ohms.
La ley de ohm es usada de manera amplia para el estudio de los circuitos eléctricos, por lo tanto dando un análisis de los circuitos sencillos se debe destacar que no se puede aplicar la ley de ohm en toda las situaciones en general, por lo tanto, se presenta dependencia para los cuerpos los cuales deben ser tomados en consideración, estos son:
- La temperatura es un factor resaltante que influye en la dependencia de los cuerpos, por lo tanto la ley de Ohm se presenta solo aplicable para la situación cuando el conductor se encuentra en un determinado rango de temperaturas, la variación presentara cambios que se consideran.
- El material que lo compone varía la situación de un cuerpo, para ello, la ley de Ohm solo puede cumplirse determinados materiales los cuales son conocidos como óhmicos entre los cuales se encuentra el cobre, el aluminio, y otros, además no se cumplirá la ley de ohm para las muestras que son de gas ionizado, y tampoco se cumple para los conductores que se presentan como no ohmios.
Aplicaciones
A partir del desarrollo del trabajo de Faraday, hoy en día se presentan amplias aplicaciones, entre las cuales se destaca el desarrollo de máquinas que hoy en día son empleadas, destacando que abarca el campo magnético, además se presenta la aplicación de la ley de Faraday para los motores eléctricos, para estos artefactos se presenta el proceso de transformación de energía eléctrica en energía mecánica, destacable para conocer que es la inducción electromagnética. Entre aparatos conocidos que hacen uso de esta ley se destacan los siguientes:
El transformador
A partir de éste se presenta la posibilidad de llevar a cabo la variación de voltaje o de tensión, este puede aumentarse o disminuir, esta situación se puede presentar en un circuito eléctrico de corriente alterna, en el cual la frecuencia se presenta constante, se puede mantener, por lo tanto, la potencia que se presenta en el equipo será la misma que se presenta de salida.
El alternador
Es una máquina que se basa en el proceso de transformación de la energía mecánica en eléctrica, en el cual se presenta una corriente alterna que es generada por fenómenos de inducción. Para estos artefactos se presenta las características que son fundados en el principio de basarse un conductor a un campo magnético variable, lo que conlleva a que se cree una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido del campo, así como su valor del flujo que lo atraviesa. Para un alternador se destacan distintos puntos, entre ellos el inductor, el cual es el encargado de generar el campo magnético y el inducido el cual es él que se presenta atravesando las líneas de fuerza que caracterizan al campo magnético.
La dinamo
Es un generador eléctrico que se basa en la transformación de energía mecánica en eléctrica, lo cual ocurre a partir del fenómeno de la inducción electromagnética. Se presenta la generación de la corriente dada cuando el campo magnético creado por un imán, un inductor se presenta atravesando una bobina rotatoria, siendo este el inducido que es colocada en su centro. Para la corriente que se presenta inducida en la bobina giratoria, que inicialmente se presenta alterna presenta una transformación a una corriente continua, lo cual ocurre a partir de la acción que presenta el conmutador giratorio, que es conocido como colector.
Además para este tipo de información es importante las diferencias que se presentan entre éstos artefactos, destacando la diferencia entre dinamo y alternador.
Fórmulas
El conocer qué es la inducción electromagnética, es de alta importancia para la aplicación de sus fórmulas, éste término presenta diversas magnitudes que presenta su utilidad para la medición de distintos fenómenos, por lo tanto, se destaca que estos abarcan el término de la inducción, a partir de ello se calculan distintas magnitudes haciendo uso de las siguientes formulas:
Dado a la importancia de conocer lo que es la importancia electromagnetica, se destacaron los puntos con mayor relevancia en este artículo, sin embargo, para un mayor entendimiento que puede ser de mayor facilidad de recomienda la visualización del siguiente vídeo. A partir de ello se podrán adquirir conocimiento relevantes sobre el tema, que ayudan a relacionarse con el área de la física.