La
(o simplemente
) establece
que el voltaje el voltaje inducido en un circuito un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el tiempo el flujo el flujo magnético que atraviesa una superficie una superficie cualquiera con el circuito como borde:
Donde: es el campo eléctrico, es el elemento infinitesimal del contorno C , es la densidad la densidad de campo magnético y es una superficie arbitraria, cuyo borde es C . Las direcciones del contorno C y y de
están dadas por la regla la regla de la mano derecha.
La ley La ley de Lenz plantea que las tensiones las tensiones inducidas serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio del principio de conservación de la energía. La polaridad de una tensión inducida i nducida es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones variacio nes del campo existente producido por la corriente original. El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por un campo magnético generado en una tensión disponibl e con una circunstancia totalmente proporcional al nivel de corriente y al nivel de amperios disponible en el campo eléctrico. Cuando un voltaje es generado por una batería, una batería, o o por la fuerza magnética de acuerdo con la ley de Faraday, este voltaje generado, se ll ama tradicionalmente «fuerza « fuerza electromotriz» o fem. (voltaje), generada por un fem. La fem representa energía por unidad de carga (voltaje), mecanismo y disponible para su uso. Estos voltajes generados son los cambios de voltaje que ocurren en un circuito, como resultado result ado de una disipación de energía, como por ejemplo en una resistencia. una resistencia.
El signo que aparece en la ley de Faraday tiene consecuencias muy importantes. Consideremos el caso de un imán que se acerca por su polo norte a una espira conductora. A través de la espira, el flujo fl ujo magnético está aumentando. De acuerdo con la ley de
Faraday, la f.e.m. inducida es negativa, y la corriente que se induce en la espira es tal que el campo que ella misma produce se opone al campo aplicado. La cara norte de la espira está en la parte inferior y la cara sur en la superior. Esto implica que, además, la espira es repelida por el imán. Parecería entonces que el campo inducido se opone al campo inductor, pero no es así. Supongamos ahora que el imán se está alejando de la espira (pero ofreciendo también su polo norte). En este caso el flujo magnético está disminuyendo y la corriente inducida es tal que el campo magnético inducido refuerza al inductor.
Vemos entonces que el sentido del campo inducido no depende solo del sentido del campo aplicado, sino de la variación de éste. Esto se expresa mediante la ley de Lenz: Elsentidodelacorrienteinducidaestalqueelcampoqueproduceseoponealavariación delflujodelcampoaplicado. Si el campo está disminuyendo, tiende a aumentarlo; si está aumentando tiende a disminuirlo. Vemos así que los sistemas poseen una inercia, y tienden a permanecer en el estado en que estaban. La ley de Lenz es la responsable, entre otros fenómenos, de las chispas que saltan al desenchufar un aparato, ya que el sistema tiende a mantener la corriente incluso aunque se abra el circuito, por lo que aparece una corriente inducida que circula brevemente por el aire, cerrando el circuito. Esta ley es muy útil como regla para intuir el sentido de la corriente inducida, sin necesidad de hacer cálculos. Por ejemplo, en el caso de la espira cuadrada que penetra en el campo magnético, descrito anteriormente, la corriente inducida debe ser tal que su campo propio se oponga al existente y por tanto, debe ir hacia adentro del plano. La cara que vemos de la espira es una cara sur y la corriente en ella debe ser en sentido horario. La ley de Lenz también se aplica a casos que no hay movimiento, como el de las dos bobinas ilustradas arriba. Al cerrar el interruptor el flujo magnético debido al primario aumenta, por lo que la corriente inducida en el secundario debe hacerlo disminuir. Al abrir el interruptor el flujo magnético del primario disminuye, por lo que la corriente inducida debe hacerlo aumentar.
El número de aplicaciones de la ley de Faraday es infinito. Prácticamente toda la tecnología eléctrica se basa en ella, ya que generadores, transf ormadores y motores eléctricos se basan en ella. Aquí indicamos algunas de las aplicaciones más directas.
Al principio de este artículo se describe un generador de corriente continua elemental, consistente en una espira que penetra en un campo mag nético. Este generador carece de utilidad práctica. Mucho más importante es el alternador presente en la mayoría de las centrales eléctricas. En un alternador una turbina (movida por agua o vapor, por ejemplo) hace girar un imán (el rotor ) estando rodeado por una serie de bobinas (el estator ) en las que se induce una corriente eléctrica. Como el campo magnético se encuentra en rotación con velocidad angular ω el resultado es una corriente alterna de frecuencia angular ω. Cuando se usan 3 o 6 bobinas el resultado son tres corrientes alternas desfasadas un tercio de periodo, que es lo que se conoce como corriente alterna trifásica.
También puede construirse un generador mediante el sistema inverso de hacer girar una espira en un campo magnético estacionario. Empleando conexiones adecuadas puede conseguirse además que la corriente vaya siempre en el mismo sentido, lo que permite construir un generador de corriente continua.
Relacionado con el generador está el motor eléctrico, en el cual lo que se hace es girar un electroimán (el rotor) en el interior del campo magnético creado por otros electroimanes (el estator). Haciendo que por el rotor circule una corriente alterna se puede conseguir una rotación continuada.
Al estudiar los efectos de inducción de una bobina (primario) sobre otra (secundario) se obtiene que en el caso ideal, el voltaje que resulta en el secundario es proporcional al voltaje del primario. De esta manera se puede elevar o reducir el voltaje a voluntad. El dispositivo formado por estas dos bobinas alrededor de un núcleo es un transformador
Los transformadores son esenciales en la transmisión de la energía eléctrica, porque al mismo tiempo que aumentan el voltaje, reducen la intensidad de corriente. De esta forma se minimizan las pérdidas por efecto Joule en la distribución de energía eléctrica.
Otra aplicación directa de la ley de Faraday es su uso en frenos magnéticos. Estos no se basan, como podría pensarse, en la atracción magnética s obre una pieza de hierro o acero.
No es así, consiste en un electroimán que rodea a un disco metálico, unido rígidamente a la rueda que se desea frenar. Cuando se aprieta el pedal, se hace circular corriente por el electroimán, creando un campo magnético sobre el disco. Por la ley de Faraday se inducen corrientes en el material conductor. Estas corrientes en el interior del material se denominan corrientes de Foucault (eddycurrents en ingles). Al existir corrientes se disipa energía por efecto Joule. Esta energía procede de la energía cinética de la rueda, que por tanto se ve frenada.
El mismo principio de los frenos magnéticos se plica si lo que queremos es producir calor. Una cocina de inducción consiste en un imán en espiral situado debajo de la placa vitrocerámica, que produce un campo magnético alterno (que varía como el coseno de ωt). Al colocar sobre la cocina un recipiente metálico se inducen corrientes de Foucault en el propio recipiente y en el agua y alimentos que contiene. El calor liberado por estas corrientes es el que se emplea para cocinar los alimentos
