1.5 Ley de Faraday y Lenz
Actividad
- Toda variación de flujo que atraviesa un circuito cerrado produce en éste una corriente inducida.
- El sentido de la corriente inducida es tal que tiende a oponerse a la causa que la provoca.
- La corriente inducida es una corriente instantánea, pues sólo dura mientras dura la variación de flujo.
Ejemplo o ejercicio resuelto
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| Imagen 16. Elaboración propia. |
Una varilla metálica de longitud 
se mueve, paralelamente a sí
misma, con una velocidad 
en el seno de un campo magnético de inducción 
, perpendicular al plano en que se produce el desplazamiento.
Determina la fuerza electromotriz inducida aplicando la ley de Faraday.
, ya que, como puedes ver en la figura, los vectores 
son paralelos (la superficie es perpendicular al vector campo magnético).
y como 
, es decir, lo que ha aumentado la superficie en un tiempo 
,
, que coincide con el resultado obtenido en el apartado 1.2 Experiencia de Henry.
Has visto en el ejercicio resuelto anterior que si la varilla cierra un circuito, la fuerza electromotriz inducida en todo el circuito es la inducida en la varilla que actúa como generador. Por lo tanto, la fuerza
electromotriz es la energía suministrada por unidad de carga que recorre el circuito, es decir, para mover las cargas (establecer la corriente) se ha utilizado una energía.
Esta energía la
aporta el agente externo que hace que la varilla se mueva con velocidad 
. El
trabajo realizado por la fuerza exterior al desplazarse la varilla ha movido
las cargas y se ha transformado en energía eléctrica del generador. Este es
un ejemplo del principio de conservación de la energía.
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| Imagen 17. Elaboración propia. |
Para comprenderlo mejor, considera un circuito formado por
una espira rectangular con un lado móvil como indica la figura. El campo
magnético uniforme es perpendicular al plano de la espira de modo que y 
son paralelos. El lado móvil
se mueve con una velocidad , de modo que la superficie de la espira aumenta.
La fem inducida, como has
visto en el ejercicio resuelto anterior,
será: 
Aplicando la ley de Lenz, el sentido de la corriente inducida es tal que genera un campo magnético cuyo flujo a través de la espira contrarresta el del campo uniforme. La corriente inducida circula en el sentido contrario a las agujas del reloj, en este caso.
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| Imagen 18. Elaboración propia. |
Como has aprendido en el tema
anterior, sobre una corriente que circula en un campo magnético actúa una
fuerza dada por 
, en nuestro caso la 
de la
figura(
). Observa que esta fuerza se opone al movimiento del lado móvil que se irá parando.
Si quieres que se mantenga el
movimiento con velocidad constante tendrás que aplicar una fuerza externa, 
, de la misma dirección pero sentido contrario que
para que su resultante sea nula.
En conclusión, el trabajo de la fuerza externa es el aporte de energía que se transforma en energía eléctrica y luego se disipa en la resistencia del circuito por efecto Joule.
Recordando que la potencia mecánica puede calcularse como el producto de la fuerza por la velocidad, la potencia suministrada al circuito será:
que es la expresión de la potencia eléctrica desarrollada por la espira (generador).
La potencia
consumida en el circuito, disipada por efecto Joule, será: 
En la espira tendrá que cumplirse
que: 
, y operando 
expresión de la conocida ley
de Ohm.
Ejemplo o ejercicio resuelto
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Sobre un conductor en forma de U desliza una barra metálica de 20 cm, con una velocidad de 1 m/s, como indica la figura. El circuito que forman está situado perpendicular a un campo magnético uniforme de 0,05 T. ¿Cuál es el valor de la fuerza electromotriz inducida? |
Imagen 19. Elaboración propia. |
que coincide con la potencia eléctrica.
AV - Reflexión
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Una varilla metálica de 25 cm de longitud se desliza, paralelamente a sí misma, sobre un circuito en U, con una velocidad de 16 m/s, hacia la izquierda, en el seno de un campo magnético de 0,2 T, perpendicular al plano en que se produce el desplazamiento, como indica la figura. Si la resistencia del circuito es de 4 Ω, determina la fuerza electromotriz inducida y las fuerzas que actúan sobre la varilla para mantener constante la velocidad. |
Imagen 20. Elaboración propia.
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