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Principio de Inducción Electromagnética
Flujo Magnético
Antes de comenzar a describir la ley de Faraday, necesitamos comprender el concepto de flujo.
Imaginemos, en primer medida, un ventilador que crea una corriente de aire y en frente se coloca un
molinete, tal como muestra la figura.
La cantidad de aire que pasa por cada una de las caras del molinete no es el mismo. Es decir, el flujo
de aire dependerá no solo del aire producido por el ventilador y del área de las caras, sino también de
cómo esté orientado el molinete. La siguiente figura muestra la misma situación, en una vista diferente.
Para calcular el flujo de aire que realmente atraviesa cada cara, debemos tener en cuenta el ángulo
que forma la cara con la dirección del aire. Si denotamos con la letra F a la cantidad de aire que sale
del ventilador y A al área de cada cara, podremos calcular el flujo de aire en (a) como FA. , en (c) no
tendremos flujo de aire y en una situación genérica como en (b) tendremos:
Este concepto es extensivo a cualquier campo vectorial (eléctrico, magnético, etc), para poder calcular
, cuanto campo atraviesa una determinada superficie. En este orden, el flujo magnético, será la
cantidad de campo magnético que atraviesa una determinada superficie en el espacio.
Análogamente tenemos la siguiente imagen, donde el aire es reemplazado por el campo magnético .
En este caso el flujo del campo magnético, podrá ser calculado como:
Así el flujo magnético queda determinado por:
La unidad del flujo magnético será:


Ley de Faraday-Lenz y Corrientes Inducidas
En 1831, Michael Faraday demostró experimentalmente que se produce, mediante el fenómeno de
inducción, una corriente eléctrica en un circuito cuando se lo somete a la acción de un campo
magnético que varía con el tiempo. Además, la corriente “inducida” circula por el circuito, siempre y
cuando, exista la variación del campo magnético. Esto se puede expresar de la siguiente forma:
“Si se induce una corriente, en un circuito, podremos suponer que, en el circuito, ha aparecido un
generador de corriente, o bien, en el circuito se ha generado una fem inducida”


La fem inducida es todo dispositivo capaz de transformar cualquier tipo de energía en energía
eléctrica, además está asociada a la variación del flujo magnético a través del circuito, y su valor está
determinado por la ley de Faraday. Por lo tanto, un campo magnético variable induce una fem.


Es posible hacer una serie de experimentos que demuestran estas descripciones realizadas por
Faraday. La Figura muestra una experiencia que consiste en una espira cuyos extremos están
conectados a un amperímetro para detectar la circulación de corriente. Con este instrumento
podremos detectar si hay corriente inducida.
-En el caso (a) el imán se está moviendo hacia arriba de la hoja, el aumento de flujo sobre la espira,
produce una corriente inducida en el circuito que detecta el instrumento. Si nos fijamos en la lectura
del instrumento, hay un valor positivo de corriente.
-Sin embargo cuando el imán se mueve hacia abajo, caso (b), el flujo que atraviesa la espira,
comienza a disminuir. Se observa en este caso, la generación de una corriente inducida, pero el
sentido de circulación es opuesto al del caso anterior.
- Por último, en (c), el imán se encuentra inmóvil produciendo un flujo en la espira, pero no existe
ninguna corriente inducida en el circuito, pues no hay variación de flujo magnético en este último.
Se establece entonces que, la causa que produce una corriente inducida en un circuito, no es la
existencia de flujo magnético, sino la presencia de flujo magnético variable en el tiempo, y podemos
enunciar la ley:
Ley de Faraday-Lenz:
“La fem inducida, , en un circuito está relacionada con la variación en el tiempo del flujo magnético a través del circuito, y se opone a la causa que la produjo”. Expresada en lenguaje matemático:

Si bien, Faraday describió la existencia de fem inducida frente a la presencia de flujo magnético
variable, fue Lenz, quién agregó el signo menos a la expresión, ya que predijo que la fem inducida se
opone la causa que la produjo.
Unidades:
Debido a que la unidad de medida de la fem es el volt (V), cuando el flujo se mide en webers (Wb) y el
tiempo en segundos (s), tenemos que:
En el caso que estemos estudiando una bobina, compuesta por N espiras (vueltas de alambre) la fem
estará dada por:
Maneras en las que puede variar el flujo:
1. Un campo magnético que varía en el tiempo, es decir, un
En este caso podremos expresar el flujo como:   

y la fem inducida como:       
2. Por un cambio en el área donde se encuentra el flujo magnético, es decir, que el área varía en
función del tiempo. En este caso podremos expresar la fem inducida como:


3. El ángulo que forma el campo magnético con la superficie varía en función del tiempo. Es decir, la
espira se encuentra rotando en el campo magnético, de modo que se obtiene un flujo variable.
En éste último caso:


En cualquiera de los tres casos estudiados, existirá una fem inducida en el circuito y, por ende, una
corriente inducida (si se constituye un circuito cerrado).
Las diversas aplicaciones tecnológicas que trabajan mediante este principio físico, usan algún
mecanismo relacionado con algunos de estos tres casos para producir una variación de flujo
magnético. Por ejemplo las antenas para la recepción de TV o de FM funcionan gracias al primer caso,
mediante campos electromagnéticos variables en el espacio. En cambio los generadores de corriente
alterna basan su funcionamiento en que las espiras que lo conforman roten, por la acción de una
fuerza mecánica, en el campo magnético producido por un imán, que se corresponde con el caso 3.
Un generador de corriente basa su principio de funcionamiento en la inducción electromagnética. La
fuerza mecánica (producida por el movimiento hidráulico, eólico, etc) produce una variación de flujo en
la espira, lo que genera una fem.


Generador de corriente alterna:
Los generadores y motores son importantes dispositivos prácticos que operan bajo el principio de
inducción electromagnética.


Cuando el extremo de un imán se introduce y se saca en forma repetitiva de una bobina de alambre, la
dirección del voltaje inducido cambia en forma alternativa. Al aumentar la intensidad del campo
magnético dentro de la bobina (cuando entra el imán), el voltaje inducido en la bobina tiene una
dirección y cuando disminuye la intensidad del campo magnético (cuando sale el imán), el voltaje se
induce en la dirección contraria. La frecuencia del voltaje alternante que se induce es igual a la
frecuencia del cambio del campo magnético dentro de la bobina. Por otro lado es más práctico inducir
voltaje moviendo una bobina que moviendo un imán. Se puede hacer girando la bobina en un campo
magnético estacionario, a este arreglo se le llama generador.

En un generador, la energía mecánica es la entrada y la energía eléctrica es la salida.


Cuando la espira de alambre gira en el campo magnético hay un cambio de la cantidad de líneas
magnéticas dentro de la espira. Cuando el plano de la espira es perpendicular a las líneas de campo,
hay encerrado un máximo de líneas; al girar la espira, de hecho, corta las líneas, y cada vez quedan
menos encerradas. Cuando el plano de la espira es paralelo a las líneas de campo, no queda ninguna
encerrada. La rotación continua aumenta y disminuye la cantidad de líneas encerradas en forma cíclica,
y la tasa de cambio máxima de líneas de campo sucede cuando el número de esas líneas de cambio
encerradas son cero. Por lo tanto, el voltaje inducido es máximo cuando la espira pasa por su
orientación paralela a las líneas.
-Se puede deducir una expresión para la fem generada en la espira giratoria al usar la ecuación para
fem de movimiento.
Las imágenes muestran una espira de alambre que gira en sentido horario en un campo magnético
uniforme que se dirige hacia la derecha. La fuerza magnética (qvB) sobre las cargas en los alambres  
AB y CD no es a lo largo de las longitudes de los alambres ya que fuerza sobre los electrones en estos
alambres es perpendicular a los alambres. Por lo tanto, una fem se genera sólo en los alambres BC y AD.
En algún momento, el alambre BC tiene velocidad a un ángulo θ con el campo magnético, como se
muestra en la segunda figura. Hay que tener en cuenta que la componente de velocidad paralela al
campo no tiene efecto sobre las cargas en el alambre, mientras que el componente de velocidad
perpendicular al campo produce una fuerza magnética sobre las cargas que mueve electrones de C a B.
La fem que se genera en el alambre BC es igual a , donde l, es la longitud del alambre y
es la componente de velocidad perpendicular al campo. También se genera una
fem de en el alambre DA y el sentido de esta fem es el mismo que en el alambre BC. Dado que
= sen θ, la fem inducida total es:
Si la espira gira con una velocidad angular constante w, se puede usar la relación en
la ecuación anterior. Además, dado que cada punto sobre los alambres BC y DA gira en trayectoria
circular en torno al eje de rotación con la misma velocidad angular w , se tiene
, donde a es la longitud de lados AB y CD. Por lo tanto, la ecuación se reduce a:
Si una bobina tiene N espiras, la fem es N veces mayor porque cada espira tiene la misma fem
inducida. Más aún, puesto que el área de la espira es A=l a; la fem total es
Generador de corriente continua:
Representa una máquina eléctrica que transforma la energía mecánica de un motor primario,
que la hace girar, en energía eléctrica de corriente continua que la máquina entrega a los
consumidores. El trabajo del generador de corriente continua también se fundamenta en el
principio de inducción electromagnética.
Las componentes en esencia son las mismas que los del generador CA, excepto que los
contactos a la espira giratoria están hechos mediante un anillo colector, o conmutador. En este
diseño el voltaje de salida siempre tiene la misma polaridad y la corriente es una corriente
directa que pulsa.Los contactos al anillo colector invierten sus papeles cada medio ciclo. Al
mismo tiempo, la polaridad de la fem inducida se invierte. Por lo tanto, la polaridad del anillo
colector permanece igual.
De acuerdo con la ley de inducido se inducirá una f.e.m cuya magnitud puede ser calculada por la fórmula.




La salida de tal generador se puede suavizar al colocar un capacitor en paralelo con la salida. Lo más
común es el uso de muchos devanados de armadura, lo que produce una salida más suavizada.
Fuentes:
Serway, R. A., & Vuille, C. (2012). Fundamentos de Física (NOVENA ed.). México, D.F.: Cengage Learning.
Paul G. Hewitt- (2007)- Física Conceptual- (décima edición) - editorial PEARSON- 2007
GIANCOLI, D. C. (2009). FÍSICA 2 PRINCIPIOS CON APLICACIONES ( Sexta ed.). México: PEARSON EDUCACIÓN.


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