31.1 Ley de Faraday

               Faraday descubrió que cuando un conductor corta las líneas de flujo magnético, se produce una fem entre los extremos de dicho conductor. Por ejemplo, se induce una corriente eléctrica en el conductor de la figura 31.1ª a medida que este se mueve hacia abajo, atravesando las líneas de flujo. (Con la letra i minúscula indicaremos, las corrientes inducidas y las corrientes variables.) Cuanto mas rápido sea ese movimiento, tanto mas pronunciada será la desviación de la aguja  del galvanómetro. Cuando el conductor se mueve hacia arriba a través de las líneas de flujo se puede hacer una observación similar, excepto que en ese caso la corriente se invierte (véase la figura 31.1b). Cuando no se cortan las líneas de flujo, por ejemplo si el conductor se mueve en  dirección paralela al campo, no se induce corriente alguna.

                Supongamos que cierto numero de conductores se mueven a través de un campo magnético, como se observa en la figura 31.2, al descender una bobina de N espiras a través de las líneas de flujo. La magnitud de la corriente inducida es directamente proporcional al numero de espiras y a la rapidez del movimiento. Es evidente que induce una fem mediante el movimiento relativo entre el conductor y el campo magnético. Cuando la bobina permanece estacionaria y el imán se mueve hacia arriba se observa el mismo efecto.

Resumiendo lo que se ha observado mediante estos experimentos, se establece que:

1. El movimiento relativo entre el conductor y un campo magnético induce una fem en el conductor.
2. La dirección de la fem inducida depende de la dirección del movimiento del conductor respecto al campo.
3. la magnitud de la fem es directamente proporcional a la rapidez con la que el conductor corta las lineas de flujo magnético.
4. La magnitud de la fem es directamente proporcional al numero de espiras del conductor que cruza las líneas de flujo.

                         

                       Una relación cuantitativa para calcular la fem inducida en una bobina de N espiras es

                                                    Z = -N Aø/At

 Donde Z = fem media inducida

            AO = cambio en el flujo magnético durante un espacio de tiempo At

  Un flujo magnético que cambia con una rapidez de un weber por segundo inducirá una fem de 1 volt por cada espira del conductor. El signo negativo de la ecuación (31.1) significa que la fem inducida tiene tal dirección que se opone al cambio que la produce, como se explicara en la sección.

                       Ahora analicemos como el flujo magnético ø que se acopla a un conductor puede cambiar. En el caso mas sencillo de un alambre recto que se mueve a través de lineas de flujo, Aø/At representa la rapidez con la cual el flujo se acopla a causa de los cambios del conductor. Sin embargo, para que una corriente inducida exista es necesario que fluya a través de un circuito cerrado, y lo que nos interesa con mas frecuencia es la fem inducida en una espira o en una bobina de alambre.

                       Recuerde que el flujo magnético ø que pasa a través de una espira de área efectiva A esta dado por

                                                  Ø = BA

Donde B es la densidad magnético. Cuando B esta en telas (webers por metro cuadrado) y A esta en metros cuadrados, ø se expresa en webers.

                     Un cambio en el flujo ø se expresarse principalmente en dos formas:

1.- Al cambiar la densidad de flujo B a través de una espira de área A:

                                  Aø = (AB)A

2.- Al cambiar el área efectiva A en un campo magnético de densidad de flujo B constante:

                                  Aø = B(A)

                       Dos ejemplos de densidad de flujo variable a través de una bobina estacionaria de área constante se ilustran el la figura 31.3. En la figura 31.3ª, el polo norte de un imán se mueve a través de una bobina circular. La variación de la densidad de flujo induce una corriente en la bobina, como lo indica el galvanómetro. En la figura 31.3b no se induce corriente en la bobina B mientras la corriente en la bobina A sea constante. Sin embargo, mediante una rápida variación de la resistencia en el circuito izquierdo, la densidad de flujo magnético que llega a la bobina B puede aumentar o disminuir. Mientras la densidad de flujo esta cambiando se induce una corriente en la bobina de la derecha.

                       Observe que cuando el polo norte (N) del imán se mueve en la bobina en la figura 31.3ª, la corriente fluye en la dirección de las manecillas del reloj si vemos hacia el iman. Por tanto, el extremo de la bobina cerca del polo N del imán se vuelve también un polo N (a partir de la regla del pulgar de la mano derecha que se explico en el capitulo anterior). El iman y la bobina experimentaran una fuerza de repulsión, por lo cual será necesario ejercer una fuerza para juntarlos. Si se extrae el iman de la bobina, existiera una fuerza de atracción que hace necesario ejercer una fuerza para separarlos. En la sección 31.3 se vera que tales fuerzas son una consecuencia natural de la conservación de la energía.