Leyes de la inducción electromagnética de Faraday: primera y segunda ley

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¿Qué es la ley de Faraday?

La ley de inducción electromagnética de Faraday (conocida como ley de Faraday ) es una ley básica del electromagnetismo que predice cómo un campo magnético interactuará con un circuito eléctrico para producir una fuerza electromotriz (EMF). Este fenómeno se conoce como inducción electromagnética.

¿Qué es la ley de Faraday?

La ley de Faraday establece que se inducirá una corriente en un conductor que está expuesto a un campo magnético cambiante. La ley de Lenz de inducción electromagnética establece que la dirección de esta corriente inducida será tal que el campo magnético creado por la corriente inducida se oponga al campo magnético cambiante inicial que la produjo. La dirección de este flujo de corriente se puede determinar utilizando la regla de la mano derecha de Fleming .

La ley de inducción de Faraday explica el principio de funcionamiento de transformadores , motores , generadores e inductores . La ley lleva el nombre de Michael Faraday, quien realizó un experimento con un imán y una bobina. Durante el experimento de Faraday, descubrió cómo se induce EMF en una bobina cuando cambia el flujo que pasa a través de la bobina.

Experimento de Faraday

En este experimento, Faraday toma un imán y una bobina y conecta un galvanómetro a través de la bobina. Al inicio, el imán está en reposo, por lo que no hay deflexión en el galvanómetro, es decir, la aguja del galvanómetro está en el centro o en la posición cero. Cuando el imán se mueve hacia la bobina, la aguja del galvanómetro se desvía en una dirección.

Cuando el imán se mantiene estacionario en esa posición, la aguja del galvanómetro vuelve a la posición cero. Ahora, cuando el imán se aleja de la bobina, hay cierta desviación en la aguja pero en dirección opuesta, y nuevamente cuando el imán se detiene, en ese punto con respecto a la bobina, la aguja del galvanómetro vuelve a la posición cero. De manera similar, si el imán se mantiene estacionario y la bobina se aleja y se dirige hacia el imán, el galvanómetro muestra una desviación de manera similar. También se ve que cuanto más rápido sea el cambio en el campo magnético, mayor será la EMF inducida o el voltaje en la bobina.

Posición del imán Deflexión en galvanómetro
Imán en reposo Sin deflexión en el galvanómetro
El imán se mueve hacia la bobina Deflexión en galvanómetro en una dirección
El imán se mantiene estacionario en la misma posición (cerca de la bobina) Sin deflexión en el galvanómetro
El imán se aleja de la bobina Deflexión en galvanómetro pero en dirección opuesta
El imán se mantiene estacionario en la misma posición (lejos de la bobina) Sin deflexión en el galvanómetro

Conclusión: A partir de este experimento, Faraday concluyó que siempre que hay un movimiento relativo entre un conductor y un campo magnético, el enlace de flujo con una bobina cambia y este cambio en el flujo induce un voltaje a través de una bobina.

Michael Faraday formuló dos leyes sobre la base de los experimentos anteriores. Estas leyes se denominan leyes de inducción electromagnética de Faraday .

Primera ley de Faraday

Cualquier cambio en el campo magnético de una bobina de alambre hará que se induzca una fem en la bobina. Esta fem inducida se llama fem inducida y si el circuito conductor está cerrado, la corriente también circulará a través del circuito y esta corriente se llama corriente inducida.
Método para cambiar el campo magnético:

  1. Moviendo un imán hacia o lejos de la bobina
  2. Moviendo la bobina dentro o fuera del campo magnético
  3. Cambiando el área de una bobina colocada en el campo magnético
  4. Al girar la bobina en relación con el imán
Michael Faraday

Segunda ley de Faraday

Establece que la magnitud de la fem inducida en la bobina es igual a la tasa de cambio de flujo que se vincula con la bobina. El enlace de flujo de la bobina es el producto del número de vueltas en la bobina y el flujo asociado con la bobina.

Fórmula de la ley de Faraday

Fórmula de la ley de Faraday

Considere, un imán se acerca a una bobina. Aquí consideramos dos instantes en el tiempo T 1 y el tiempo T 2 .

Enlace de flujo con la bobina en el momento,

Enlace de flujo con la bobina en el momento,

Cambio en el enlace de flujo,

Sea este cambio en el enlace de flujo,

Entonces, el cambio en el enlace de flujo

Ahora la tasa de cambio del enlace de flujo

Tome la derivada del lado derecho que obtendremos

La tasa de cambio del enlace de flujo.

Pero de acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday, la tasa de cambio del enlace de flujo es igual a la fem inducida.

Considerando la ley de Lenz.

Dónde:

  • Flujo Φ en Wb = BA
  • B = fuerza del campo magnético
  • A = área de la bobina

Cómo aumentar los campos electromagnéticos inducidos en una bobina

  • Al aumentar el número de vueltas en la bobina, es decir, N, a partir de las fórmulas derivadas anteriormente, se ve fácilmente que si aumenta el número de vueltas en una bobina, también aumenta la fem inducida.
  • Al aumentar la fuerza del campo magnético, es decir, B que rodea la bobina, matemáticamente, si el campo magnético aumenta, el flujo aumenta y si aumenta el flujo, la fem inducida también aumentará. Teóricamente, si la bobina pasa a través de un campo magnético más fuerte, habrá más líneas de fuerza para que corte la bobina y, por lo tanto, habrá más fem inducida.
  • Al aumentar la velocidad del movimiento relativo entre la bobina y el imán: si la velocidad relativa entre la bobina y el imán aumenta con respecto a su valor anterior, la bobina cortará las líneas de flujo a una velocidad más rápida, por lo que se produciría una fem inducida. producido.

Aplicaciones de la ley de Faraday

La ley de Faraday es una de las leyes más básicas e importantes del electromagnetismo. Esta ley encuentra su aplicación en la mayoría de las máquinas eléctricas, industrias y el campo médico, etc.

  • Los transformadores de potencia funcionan según la ley de Faraday
  • El principio de funcionamiento básico del generador eléctrico es la ley de inducción mutua de Faraday .
  • La cocina de inducción es la forma más rápida de cocinar. También funciona según el principio de inducción mutua. Cuando la corriente fluye a través de la bobina de alambre de cobre colocada debajo de un recipiente para cocinar, produce un campo magnético cambiante. Este campo magnético alterno o cambiante induce una fem y, por lo tanto, la corriente en el contenedor conductor, y sabemos que el flujo de corriente siempre produce calor en él.
  • El medidor de flujo electromagnético se utiliza para medir la velocidad de ciertos fluidos. Cuando se aplica un campo magnético a una tubería aislada eléctricamente en la que fluyen fluidos conductores, entonces, de acuerdo con la ley de Faraday, se induce una fuerza electromotriz en ella. Esta fem inducida es proporcional a la velocidad del fluido que fluye.
  • Forman las bases de la teoría electromagnética, la idea de Faraday de las líneas de fuerza se utiliza en las bien conocidas ecuaciones de Maxwell. De acuerdo con la ley de Faraday, el cambio en el campo magnético da lugar a un cambio en el campo eléctrico y lo contrario se usa en las ecuaciones de Maxwell.
  • También se utiliza en instrumentos musicales como una guitarra eléctrica, violín eléctrico, etc.