Inducción electromagnética
Justo el otro día, estaba en la tienda comprando comestibles. Intenté pagar con mi tarjeta de crédito, pero cuando pasé la tarjeta por el terminal de pago, apareció un mensaje que decía que no podía leer mi tarjeta. Después de intentarlo un par de veces más, el cajero finalmente se ofreció a ayudarme. Ella tomó mi tarjeta y la pasó por el lector de tarjetas muy rápido y… ¡voilá! ¡Funcionó! Puede parecer que tuvo suerte, pero resulta que hay una razón muy científica por la que esto funcionó. Sin embargo, necesitaremos aprender sobre la inducción electromagnética antes de que todo tenga sentido. A principios del siglo XIX, un científico con el nombre de Michael Faraday publicó varios artículos sobre la inducción electromagnética , que es la capacidad de un campo magnético cambiante para inducir un voltaje en un conductor. Para comprender mejor este fenómeno, Faraday realizó una serie de experimentos. Uno de estos experimentos utilizó una bobina de alambre, un imán permanente y un dispositivo para detectar voltaje en el alambre. Cuando el imán pasó a través de la bobina de alambre, se indujo un voltaje en el alambre, pero desapareció cuando el imán dejó de moverse. Faraday descubrió que había dos factores que afectaban la cantidad de voltaje inducido en la bobina.
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El primer factor fue el número de vueltas de cable en la bobina, lo que aumentó la cantidad de cable expuesto al campo magnético. Los resultados de los experimentos de Faraday mostraron que el voltaje inducido aumentó en proporción directa al número de vueltas en la bobina eléctrica. En otras palabras, duplicar el número de vueltas resultó en una duplicación del voltaje inducido. El segundo factor fue la rapidez con que cambiaba el campo magnético. Hay un par de formas diferentes en las que podemos hacer un cambio de campo magnético. Una forma es cambiar la fuerza del campo producido por el imán. Si usamos un electroimán para crear el campo magnético, podemos encender y apagar el imán o simplemente variar la corriente para cambiar la fuerza del campo. La segunda forma es mover el campo en relación con el conductor. Podríamos hacer esto moviendo la bobina en el campo o moviendo el imán alrededor de la bobina, no importa cuál, siempre que haya un movimiento relativo. La Ley de Faraday surgió como resultado de sus experimentos. Simplemente establece que la magnitud del voltaje inducido es proporcional tanto al número de vueltas del cable como a la velocidad a la que cambia el campo magnético. Una de las cosas más importantes que se pueden extraer de esta afirmación es que el voltaje inducido es el resultado de un campo magnético cambiante. En otras palabras, simplemente sostener un imán estacionario cerca de un cable no inducirá voltaje. El campo debe estar cambiando de alguna manera.
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Aplicaciones de la inducción electromagnética
La inducción electromagnética tiene muchas aplicaciones prácticas, incluido el almacenamiento de datos, por ejemplo, la banda magnética en la parte posterior de una tarjeta de crédito como la que tenía problemas en la tienda de comestibles. La tira almacena datos en forma de muchas regiones magnetizadas, cada una rodeada por un pequeño campo magnético. ¿Alguna vez se ha preguntado por qué tiene que pasar una tarjeta de crédito por un lector en lugar de simplemente ponerla en la máquina? Según lo que hemos aprendido sobre la inducción electromagnética, la respuesta debería ser bastante clara. Al mover la tarjeta a través del lector, los dominios magnéticos inducen un voltaje en el circuito de la máquina, lo que le permite leer los datos. Si no mueve la tarjeta, no habrá voltaje. También aprendimos que mover la tarjeta más rápido provoca que se induzca un voltaje mayor, por lo que la tarjeta funcionó mejor cuando el cajero la pasó por mí. La idea de almacenar datos en forma de medios magnéticos ha existido durante mucho tiempo. Por ejemplo, las cintas de audio y video, los disquetes e incluso los discos duros convencionales de su computadora utilizan regiones magnéticas para almacenar información. La inducción electromagnética también se utiliza para generar electricidad. ¿Alguna vez has usado una de esas linternas sin batería que tienes que agitar antes de poder usar? A menudo se venden con kits para tormentas porque nunca tendrá que preocuparse de que las baterías se agoten en caso de emergencia. Al igual que el experimento de Faraday de principios del siglo XIX, la linterna contiene un imán permanente que pasa de un lado a otro a través de una bobina. El voltaje inducido en la bobina por el campo magnético cambiante crea una corriente eléctrica que alimenta la linterna. Nuevamente, vemos que el campo magnético debe estar cambiando para inducir un voltaje; de lo contrario, ¡la linterna se cargaría simplemente al quedarse quieta!
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La linterna de inducción demuestra la forma más simple de lo que se llama generador eléctrico. Si bien el generador de nuestra linterna funciona bien para esa aplicación en particular, la mayoría de los diseños de generadores utilizan imanes unidos a un eje giratorio o una bobina que gira en un campo magnético para generar electricidad. Todas las plantas de energía, como la nuclear, de carbón, de gas natural e hidroeléctrica, usan generadores para producir la electricidad que usamos en nuestros hogares y negocios. Incluso las turbinas eólicas son esencialmente solo una hélice conectada a un generador. Los automóviles también utilizan un generador conectado al motor para mantener la batería cargada y para alimentar todos los accesorios eléctricos mientras el automóvil está en marcha. Como puede ver, los generadores son probablemente el invento más importante que resultó del descubrimiento de la inducción electromagnética.
Resumen de la lección
La inducción electromagnética es la capacidad de un campo magnético cambiante para inducir un voltaje en un conductor. Michael Faraday declaró en la Ley de Faraday que el voltaje inducido en una bobina es proporcional al número de vueltas en la bobina y a la velocidad a la que cambia el campo magnético. El aumento del número de vueltas en una bobina y el aumento de la tasa de cambio del campo magnético resultan en un aumento en el voltaje inducido. El campo magnético se puede cambiar variando la fuerza del campo o creando un movimiento relativo entre el campo y el conductor. No importa cómo se haga, el campo magnético debe estar cambiando de alguna manera para inducir un voltaje en el conductor. La inducción electromagnética se utiliza en muchas aplicaciones prácticas, como el almacenamiento de datos y la generación de energía.
Los resultados del aprendizaje
Una vez que haya terminado de ver esta lección, debería poder:
- Definir inducción electromagnética, ley de Faraday y voltaje inducido.
- Explique cómo se puede aumentar el voltaje inducido
- Identificar aplicaciones de inducción electromagnética.
- Comprender cómo se pueden alterar los campos magnéticos.
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