Diferencia entre campo magnético y flujo magnético
El campo magnético B es un vector definido en cada punto del espacio, y el flujo magnético Φ representa la cantidad de campo magnético que atraviesa una superficie dada. En un campo uniforme y en un plano, Φ = BAcosθ, donde θ es el ángulo entre el campo magnético y la dirección perpendicular a la superficie.
Mover un imán cambia el campo magnético alrededor del electroimán y, por lo tanto, su flujo magnético. El flujo también puede cambiar si el área del electroimán o su orientación cambian, incluso con un imán estacionario. Por otro lado, si el flujo es constante, un electroimán estacionario no produce una fuerza electromotriz (EMF) debido a este mecanismo, incluso en un campo magnético fuerte.
La ley de Faraday examina la tasa de cambio del flujo magnético.
Para una bobina con N vueltas y el mismo flujo a través de cada vuelta, la fuerza electromotriz inducida es ε = −N dΦ/dt. El mismo cambio de flujo produce una fuerza electromotriz mayor si ocurre en menos tiempo. También, un mayor número de vueltas produce una mayor fuerza electromotriz para la misma tasa de cambio de flujo.
La fuerza electromotriz es el valor expresado en unidades de voltio, que representa la energía suministrada por unidad de carga. Si bien la fuerza electromotriz puede surgir incluso cuando un circuito está abierto, un flujo de corriente continuo requiere un camino cerrado. En un circuito simple que consta únicamente de un resistor, la corriente se calcula como I = ε/R.
¿Qué significa el signo negativo en la ley de Lorentz?
El campo magnético generado por una corriente inducida no es el campo magnético original, sino la dirección en la que se opone al cambio en ese campo original. Cuando un campo magnético aumenta al pasar a través de una bobina, la corriente inducida intenta reducir ese aumento. Por el contrario, cuando un campo magnético disminuye al pasar a través de una bobina, la corriente inducida intenta reducir esa disminución. Cambiar la dirección o la polaridad de un imán también puede causar un cambio en la dirección de la corriente inducida.
La ley de Lenz está relacionada con el principio de conservación de la energía. Cuando se genera una corriente en un generador, se requiere trabajo externo para mover un imán o una bobina. El experimento es una aproximación, utilizando una distribución de campo magnético definida y una resistencia del circuito, y no reproduce completamente la autoinducción de la bobina y todas las pérdidas reales.
Relaciones y símbolos clave
Φ = BAcosθ (campo magnético uniforme) · ε = −N dΦ/dt · I = ε/R (circuito resistivo)
| Símbolo | Significado | Unidad |
|---|---|---|
| Φ | Flujo magnético a través de una espira | Wb |
| B | Magnitud del campo magnético | T |
| ε | Fuerza electromotriz inducida | V |
| N | Número de vueltas de la bobina | ensayo |
Ejemplo resuelto
Si un lado de una bobina, medido 100 veces, muestra un aumento de flujo de 0.2 segundos, y el flujo aumenta en 0.001 Wb, ¿cuál es el resultado?
La fuerza electromotriz promedio inducida tiene una magnitud de 100 × 0.001 / 0.2 = 0.5 V. En un circuito resistivo cerrado con una resistencia total de 10 Ω, la corriente promedio tiene una magnitud de 0.05 A. El signo depende de la dirección de la normal de la superficie y la dirección de la corriente.
Errores frecuentes
- Si el imán está quieto y la bobina permanece sin cambios, el campo magnético es fuerte, y la corriente no fluirá continuamente simplemente debido a la intensidad del campo magnético.
- La ley de Lenz no necesariamente se opone al campo magnético; más bien, determina la dirección en la que cambia el campo magnético.