Una corriente eléctrica origina un campo magnético, un efecto llamado electromagnetismo.
El efecto contrario, producir electricidad a partir del magnetismo, se denomina inducción electromagnética.
El descubrimiento de la inducción electromagnética y de las leyes a que obedece en el siglo XIX llevó al desarrollo de la física moderna y, más discutiblemente, ya que llevó a la generación comercial de electricidad, a la civilización del siglo XX.
Primeros descubrimientos
En 1819, el científico danés Hans Christian Ørsted puso de manifiesto que una aguja de brújula se movía cuando se le acercaba un cable portador de corriente. Sugirió que la corriente del cable originaba un efecto magnético, o electromagnetismo.
Michael Faraday confirmó esta teoría y avanzó un poco más. Demostró experimentalmente que un conductor portador de corriente en presencia de un campo magnético experimenta una fuerza y, si está libre para poderlo hacer, se desplaza bajo la acción de esa fuerza.
Esta es la base de muchos tipos de motores eléctricos.
Descubrimiento de la inducción electromagnética
Habiendo demostrado los efectos magnéticos de la corriente eléctrica, Faraday se propuso convertir magnetismo en electricidad
(una nota casi para tirar que escribió en su diario en 1822).
Transcurrieron diez años hasta que no lo consiguió. En un experimento clásico y elegantemente sencillo, conectó una bobina de cable a una batería, un circuito simple que denominó primario.
Enrolló la bobina en el extremo inferior de un cilindro de madera. En el extremo superior de la misma pieza de madera, enrolló una segunda bobina de cable.
Los dos extremos estaban conectados a un amperímetro (un instrumento que mide la corriente eléctrica), formando un nuevo circuito conocido como el secundario.
Los dos circuitos no estaban interconectados, las bobinas simplemente estaban sobre la misma pieza de madera. Cuando Faraday conectó la corriente en el primer circuito, la aguja del amperímetro osciló y volvió a cero.
Cuando desconectó la corriente, la aguja del amperímetro osciló en sentido inverso y de nuevo retornó al cero.
Este fue un resultado destacable: la corriente que fluía por el primer circuito hizo, de algún modo, circular corriente por el segundo aunque no había contacto eléctrico entre ellos.
El experimento de Faraday demostró el principio de la inducción electromagnética, que puede formularse del siguiente modo: cuando la cantidad de flujo magnético asociado a un circuito eléctrico varía, se induce una fuerza electromotriz (un voltaje que origina la circulación de corriente) en ese circuito y fluye por él una corriente eléctrica.
En el caso del experimento simple de Faraday, la corriente que circula por la bobina del primer circuito originaba un flujo magnético.
Éste inducía un flujo en el segundo circuito, produciendo una fuerza electromotriz y haciendo circular la corriente.
El día 28 de octubre de 1831, Faraday consiguió colectar corriente eléctrica a partir de un disco de cobre que hacía girar entre los polos de un imán permanente.
Había producido una corriente eléctrica continua por medio de la inducción electromagnética, el primer generador del mundo.
Las leyes de inducción electromagnética
Los primeros experimentos efectuados sobre inducción electromagnética mostraron que:
1. Una corriente variable en una bobina induce una fuerza electromotriz (fem) en una segunda bobina si ambas están ligadas magnéticamente. El transformador se basa en este principio.
2. El movimiento relativo entre bobinas y campos magnéticos implica la inducción de una fem en la bobina. Los generadores de energía eléctrica se basan en este principio.
La ley de inducción de Faraday–Neumann
Otro investigador pionero fue el físico alemán Franz Ernst Neumann (1798–1895).
La ley de Faraday– Neumann (a menudo conocida simplemente como ley de Faraday) afirma que la fem inducida en un circuito estacionario es directamente proporcional a la velocidad de cambio del flujo magnético que atraviesa el circuito.
¿Cuál es el significado de esto? Supóngase que hay un circuito que conecta un amperímetro a una bobina de cable.
Un imán permanente se desplaza a través de la bobina, originando un campo magnético inducido en ella, que produce una fem en los extremos de la bobina, que hace que la corriente pase a través del amperímetro.
La ley de Faraday–Neumann sugiere que la intensidad de esta corriente inducida depende de qué cantidad de campo magnético es capaz de capturar
la bobina en un tiempo dado.
Por lo tanto, mover el imán más rápidamente, aumentar el área de la bobina, incrementar el número de vueltas de cable en la bobina, o utilizar un imán más potente, incrementan la velocidad de variación del flujo que atraviesa el circuito y, por lo tanto, aumentan la corriente inducida.
La ley de Faraday–Neumann puede también ser formulada matemáticamente.
Si el número de espiras en una bobina es N, y la velocidad de variación del flujo magnético Φ, medida en webers (Wb), se describe por una ecuación diferencial como dΦ/dt, el valor de la fem, E, inducida viene dado por la ecuación E = –N (dΦ/dt) voltios.
El signo negativo proviene de la ley de Lenz, e indica que la corriente inducida actúa de manera que se opone a la causa que produce la variación.
Es un ejemplo de la conservación de la energía.
Fuerza contraelectromotriz
Cuando una corriente fluye entre los extremos de una bobina, origina líneas de campo a través de ella.
Sin embargo, cuando un flujo magnético atraviesa una bobina, origina una fuerza electromotriz inducida que se opone a la causa que la originó.
En otras palabras, cuando una corriente circula por una bobina, origina un campo magnético que induce otra corriente que se opone a la original.
Esta corriente opuesta es originada por una fuerza contraelectromotriz que se opone.
Por consiguiente, la corriente inducida en una bobina es lenta tanto cuando aparece como cuando desaparece.
Inducciones
En muchos casos es útil introducir una inductancia en un circuito eléctrico con dispositivos que se denominan inducciones.
En circuitos de corriente alterna (CA), las inducciones (con los condensadores y las resistencias) dan origen a un tipo de inercia eléctrica conocida como impedancia, que es equivalente a la resistencia en los circuitos de corriente continua (CC).
