Inducción electromagnética: qué es, aplicaciones, ejemplos
¿Qué es la inducción electromagnética?
La inducción electromagnética consiste en la aparición de una corriente eléctrica en un conductor cerrado, gracias al movimiento relativo entre dicho conductor y una fuente de campo magnético, como un imán.
Por sí solo, en reposo, un imán no producirá corriente alguna en un circuito cercano. Sin embargo, si el imán o el circuito se mueven, es posible detectar la corriente o el voltaje a través de un galvanómetro.
Lo importante para crear la corriente, llamada corriente inducida, es que exista un campo magnético cuyo flujo sea variable en el tiempo, en el espacio o en ambos.
Los campos magnéticos son producidos por imanes permanentes, pero también aparecen en conductores por los que circula una corriente, ya que el magnetismo siempre está asociado a las cargas en movimiento.
Descubrimiento de la inducción electromagnética
El descubrimiento de la inducción electromagnética se debe al físico inglés Michael Faraday (1791-1867), un hábil experimentador de origen modesto.
Faraday se preguntó si sería posible obtener electricidad a partir del magnetismo; ya un físico danés, en 1812, había encontrado magnetismo a partir de un alambre con corriente.
En efecto, Hans Oersted (1777-1851) observó que la corriente eléctrica es capaz de desviar una brújula, al igual que los imanes. Interesado en este descubrimiento, Faraday comenzó a experimentar en 1825, conectando bobinas a baterías y tratando en vano de detectar una corriente eléctrica.
Pero la corriente se induce únicamente si hay cambios en el flujo del campo magnético, y Faraday no veía que la aguja del galvanómetro se moviese, excepto un poco al principio del experimento, cuando conectaba la batería al circuito, o al final, cuando la desconectaba.
Solo entonces observaba que la aguja se desviaba levemente, en una dirección al encender, y al contrario al apagar.
Entonces se percató de que el magnetismo produce corriente eléctrica únicamente si el flujo magnético a través del circuito cambia. De lo contrario, no aparece corriente.
Otro gran experimentador, el físico Heinrich Lenz (1804-1865), observó, independientemente, que la corriente inducida, o el voltaje si se prefiere, se opone siempre al cambio que lo produce.
Por ello la ley de inducción electromagnética se conoce con el nombre de ley de Faraday-Lenz.
El flujo de campo magnético
La aparición de la corriente inducida depende de la variación en el flujo del campo magnético. Naturalmente, un campo que cambie en el tiempo, necesariamente produce un flujo variable, por esto Faraday observaba la aparición de corriente inducida cuando conectaba o desconectaba la batería.
Sin embargo, un campo magnético uniforme también puede generar una corriente inducida si el circuito se mueve respecto a él, de tal forma que la cantidad de líneas de campo que lo atraviesen aumenten o disminuyan.
Otra forma de alterar el flujo de campo es variando el área expuesta del circuito. Si aumenta, también lo hace el flujo, y si disminuye, el flujo disminuirá a su vez. En los ejemplos descritos más adelante hay más detalles.
Aplicaciones de la inducción magnética
Los descubrimientos de Faraday y otros científicos condujeron a grandes avances de la tecnología a partir del siglo XIX.
De esta forma, la ley de inducción electromagnética, aún pasando desapercibida casi siempre, está presente en numerosas aplicaciones y dispositivos de uso diario: la energía que llega a la toma doméstica, los teléfonos, equipos médicos, en el interior del automóvil, micrófonos inalámbricos, hornos y cocinas inalámbricos y más.
A continuación se describen tres interesantes aplicaciones de la inducción:
El generador de electricidad
Esta es una de las aplicaciones más importantes: un dispositivo capaz de transformar energía mecánica en energía eléctrica. La idea básica del generador es poner una bobina de alambre (o mejor, N bobinas) a girar en el interior de un campo magnético.
De esta manera el flujo de campo varía continuamente en la bobina, produciendo una corriente inducida que puede recogerse para encender una bombilla, entre otras cosas.
Linterna dinamo
Una linterna dinamo no necesita baterías ni cables para funcionar, ya que es recargable manualmente. A diferencia de una linterna común, en su interior hay un imán capaz de moverse a través de una espira, poniendo en marcha la inducción electromagnética.
Al agitar la linterna, el flujo magnético cambiante del imán que va y viene induce una corriente alterna (oscilatoria) en una espira. La corriente es rectificada con un circuito rectificador muy sencillo (rectificar la corriente significa evitar que cambie de dirección).
Tras esto, la corriente pasa a cargar un condensador o capacitor, y al encender la linterna se cierra otro circuito para que el capacitor se descargue. Este circuito contiene un diodo LED de muy bajo consumo, el cual se enciende produciendo la luz.
Sistemas de seguridad de los aeropuertos
En los aeropuertos, los pasajeros pasan bajo un arco que funciona como detector de metales. Se activa entonces un sistema que envía a una bobina unas corrientes que alternan rápidamente, produciendo alrededor de la persona un campo magnético cuyo flujo es variable.
Si la persona no lleva encima objetos de metal, no se registra corriente inducida alguna, pero de lo contrario se crea una corriente inducida que activa una alarma.
Ejemplos de inducción electromagnética
1. Bobina extraída de un campo magnético uniforme
Supóngase un campo magnético uniforme que se dirige de izquierda a derecha. Extrayendo la bobina de la región del campo, se induce en ella una corriente, ya que el flujo magnético está disminuyendo.
La corriente inducida cesa en cuanto la bobina sale completamente del campo, y regresa si la bobina entra de nuevo, anulándose cuando la bobina está totalmente inmersa.
2. Imán en movimiento
Si se tiene una bobina en reposo, pero un imán se mueve atravesándola, se induce asimismo una corriente en la bobina.
3. Generador deslizante
Se tiene un campo magnético uniforme, y un circuito que consiste en un riel con forma de U y una barra metálica en el otro extremo, para cerrarlo. El campo es perpendicular al área encerrada por el circuito.
Deslizando la barra para aumentar el área expuesta al campo, se induce una corriente que circula por el riel y por la barra. Lo mismo ocurre si la barra desliza para disminuir el área.
4. Bobina en rotación dentro de un campo magnético uniforme
Si una bobina rota en medio de un campo magnético uniforme, el vector normal a su plano cambia continuamente el ángulo que forma con el campo. En tal caso, el flujo magnético que atraviesa la espira se hace máximo y se anula sucesivamente, generándose así una corriente alterna.
5. Un campo magnético variable en el tiempo
Un campo magnético puede mantenerse siempre perpendicular al plano de una espira, y no sucede nada.
Pero si su intensidad aumenta o disminuye con el tiempo, aun si la espira está en reposo, el flujo magnético también lo hará, y por consiguiente aparecerá una corriente inducida.
Referencias
- Bauer, W. (2011). Física para Ingeniería y Ciencias. Volumen 2. Mc Graw Hill.
- Giambattista, A. (2010). Physics. 2nd. Ed. McGraw Hill.
- Giancoli, D. (2006). Physics: Principles with Applications. 6th. Ed Prentice Hall.
- Katz, D. (2013). Physics for Scientists and Engineers. Foundations and Connections. Cengage Learning.
- Hewitt, P. (2012). Conceptual Physical Science. 5th. Ed. Pearson.