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La inducción magnética es la producción de una fuerza electromotriz a través de un conductor cuando se expone a un campo magnético variable. Se describe matemáticamente por la ley de inducción de Faraday, en nombre de Michael Faraday, que generalmente se le atribuye el descubrimiento de la inducción en 1831.
De igual forma podemos decir que la inducción magnética es el proceso mediante el cual campos magnéticos generan campos eléctricos. Al generarse un campo eléctrico en un material conductor, los portadores de carga se verán sometidos a una fuerza y se inducirá una corriente eléctrica en el conductor.
Cualquier dispositivo (batería, pila…) que mantiene la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito se llama fuente de alimentación.
La fuerza electromotriz ε (fem) de una fuente se define como el trabajo realizado por el dispositivo por unidad de carga, por lo que las unidades de fuerza electromotriz son los voltios. Cuando decimos que un campo magnético genera una corriente eléctrica en un conductor, nos referimos a que aparece una fem (llamada fem inducida) de modo que las cargas del conductor se mueven generando una corriente (corriente inducida).
Este hecho se observa fácilmente en el siguiente experimento: si acercamos o alejamos un imán a un conductor que no está conectado a ninguna fuente de fuerza electromotriz, se detecta con un amperímetro que aparece una corriente eléctrica en el conductor. La corriente desaparece si el imán se mantiene en la misma posición, por lo que se llega a la conclusión de que sólo una variación del flujo del campo magnético con respecto al tiempo genera corriente eléctrica.
La ley que explica esta interacción entre la fuerza electromotriz inducida y el campo magnético es la Ley de Faraday:
En donde Φm es el flujo de campo magnético. Por tanto, para que aparezca una fuerza electromotriz (fem) inducida debe variar el flujo del campo magnético a través de la superficie delimitada por el conductor. De la definición de flujo:
se deduce que hay tres formas de variar el flujo del campo magnético: variar el módulo del campo, la superficie que lo atraviesa o el ángulo que forman ambos.
El signo menos de la ley de Faraday indica el sentido que va a llevar la corriente inducida y se conoce como Ley de Lenz:
El sentido de la corriente inducida es tal que tiende a oponerse a la causa que lo produce.
La ley de Lenz significa que la corriente inducida en un circuito tendrĂĄ un sentido tal que el campo magnĂŠtico generado por dicha corriente compense la variaciĂłn del flujo que la ha causado.
El vector se denomina normalmente vector de inducción magnética. Aunque se puede utilizar también la expresión campo magnético. La fuerza que actúa sobre una carga positiva, que se desplaza dentro de un campo magnético, perpendicularmente a las líneas de fuerza y con una velocidad V, depende del valor de la carga, de su velocidad y de una característica especifica de campo, denominada inducción magnética ( ).
La inducción magnética del campo es la fuerza que actúa sobre cada la unidad de carga y por unidad de velocidad, viene dada en módulo por la fórmula.
La inducción magnética de un campo, en un punto del mismo, es la fuerza que actúa sobre una unidad de carga positiva que se desplaza, perpendicularmente a las líneas de fuerza, con una unidad de velocidad. Se representa por ( ) .
Unidades inducción magnética o campo magnético: La unidad de inducción magnética en el Sistema Internacional o MKS se denomina Tesla . Un Tesla es la inducción de un campo magnético en el que una carga de un coulomb que se desplaza perpendicularmente a las líneas de fuerzas con una velocidad de 1 m/seg. se ve sometida a una fuerza de un newton.
La densidad de flujo magnético, cuyo símbolo es B, es el flujo magnético que causa una carga de difusión en movimiento por cada unidad de área normal a la dirección del flujo. En algunos textos modernos recibe el nombre de intensidad, ya que es el campo real. La unidad de la densidad en el sistema internacional de unidades es el tesla.
Está dado por:
Donde B es la densidad del flujo magnético generado por una carga que se mueve a una velocidad v a una distancia r de la carga, y ur es el vector unitario que une la carga con el punto donde se mide B (el punto r). o bien también:
Donde B es la densidad del flujo magnético generado por un conductor por el cual pasa una corriente I, a una distancia r. La fórmula de esta definición se llama Ley de Biot-Savart, y es en magnetismo la equivalente a la Ley de Coulomb de la electrostática, pues sirve para calcular las fuerzas que actúan en cargas en movimiento.
Fuerza magnetica sobre una carga móvil Sobre la carga móvil q actúa una fuerza magnética, llamada fuerza de Lorentz, cuya dirección es perpendicular a los vectores y cuyo módulo viene dado por: F = q.V.B. Las direcciones de los vectores , y son perpendiculares entre sí y sus sentidos pueden determinarse mediante la regla de la palma de la mano derecha. Para ello se coloca la mano derecha extendida con el pulgar perpendicular a los restantes dedos.
Si en estas condiciones el pulgar señala el sentido del vector y los restantes dedos señalan el sentido de la inducción magnética (campo magnético) , la fuerza que el campo magnético ejerce sobre la partícula es perpendicular a la palma de la mano y se aleja de ella. En el caso general el vector velocidad forma con el vector de inducción magnética un ángulo q, el módulo de la fuerza que actúa sobre la carga viene dado por: F = q.V.B.senq Cuando q = 90º se obtiene la fuerza máxima.
El módulo de la inducción magnética o campo magnético en un punto es una magnitud que se mide por el cociente entre el módulo de la fuerza que actúa sobre una carga móvil que pasa por el punto y el producto de dicha carga por la componente de la velocidad perpendicular al vector inducción.