Ley de Faraday-Henry

El experimento de Oersted puso de manifiesto que las corrientes eléctricas son capaces de engendrar campos magnéticos. Para completar la comprensión de las relaciones entre la electricidad y el magnetismo era necesario constatar el proceso inverso: cómo producir una corriente eléctrica a partir de un campo magnético. Los trabajos del británico Michael Faraday (1791-1867) y el estadounidense Joseph Henry (1797-1878) sirvieron para sentar definitivamente las bases del electromagnetismo.

Experimento de Faraday

La creación de una corriente eléctrica en un circuito a partir de fenómenos magnéticos puede lograrse mediante un sencillo experimento ideado independientemente por Faraday y por Henry.

Experimento de Faraday. Cuando se mantiene en reposo un imán frente a un circuito eléctrico en forma de espira (a), el galvanómetro no detecta corriente. Si se acerca el imán al circuito (b), se produce corriente en un sentido, y cuando se aleja (c), el flujo de corriente toma sentido contrario.

La interpretación que dio Faraday a este experimento es que la aparición de la corriente se debía a la variación que se producía al mover el imán en el número de líneas de campo magnético que atravesaban el circuito.

Flujo magnético

Para contar el número de líneas de campo que atravesaban el circuito en forma de espira de su experimento, Faraday definió el concepto de flujo magnético como el producto escalar de la densidad del campo magnético por el vector representativo del área de la espira (perpendicular a la superficie y con módulo igual a dicha área):

siendo a el ángulo que forma la dirección del campo magnético con la normal a la superficie considerada.

La anterior expresión es valida en campos magnéticos uniformes. Si el campo es no uniforme, el flujo magnético asociado se describe mediante una integral:

Ley de Faraday

En el experimento de Faraday-Henry se constata que si el flujo magnético cambia de manera brusca (por ejemplo, al mover el imán con mayor rapidez), la intensidad de corriente eléctrica inducida aumenta. La variación del flujo magnético con respecto al tiempo viene dada por la llamada ley de Faraday:

siendo la fuerza electromotriz (f.e.m.) generada por el campo magnético.

Ley de Lenz

El sentido de la corriente que circula por la espira del experimento de Faraday-Henry se define según la llamada ley de Lenz (por el físico estonio Heinrich Lenz, 1804- 1865): la corriente inducida por un campo magnético variable adopta el sentido por el cual tiende a oponerse a la causa que la provoca.

Según la ley de Lenz, al acercar el imán al circuito se genera una corriente que induce un campo magnético que repele al imán (a). Cuando la barra imantada se aleja (b), la corriente generada engendra un campo que tiende a atraer al imán hacia el circuito.

Unificación de las leyes de Faraday y Lenz

Para unir las leyes de Lenz y Faraday en un único principio se define el concepto de espira orientada que es aquella en la que se ha establecido una cara privilegiada, llamada principal o positiva, donde se orienta el vector superficie . Entonces:

  • La f.e.m. inducida en la espira es positiva cuando la corriente generada tiene el sentido de las agujas del reloj, y negativa en sentido contrario.
  • El flujo magnético que atraviesa una espira orientada es igual a , siempre que sea el vector representativo de la cara positiva.

Energía magnética almacenada en un solenoide

Una consecuencia interesante de las leyes de Faraday y Lenz es la posibilidad de calcular la energía magnética que puede almacenar un solenoide dentro de un circuito. Esta energía viene dada por la expresión:

siendo L el coeficiente de autoinducción e I0 el régimen de intensidad o valor de la corriente que se alcanza después de cerrar el circuito.

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