Conceptos

Leyes de electromagnetismo

Inducción magnética

La inducción magnética, también conocida como densidad de flujo de un campo magnético de densidad H se define como el siguiente vector:

Es la permeabilidad magnética del vacío

Es la permeabilidad relativa del material

Es la permeabilidad absoluta

La permeabilidad relativa se suele tomar como referencia al aire. En una máquina eléctrica moderna ur puede alcanzar valores próximos a 100,000.

Ley de Ampere

La Teoría del electromagnetismo se remonta desde la época de los griegos, donde se había observado la acción de la magnetita sobre el hierro, no obstante, el estudio del electromagnetismo tiene sus inicios en el siglo XlX.

La ley de Ampere tiene una analogía con el teorema de Gauss aplicado al campo eléctrico.

La ley de Ampere dice:

"La circulación de un campo magnético a lo largo de una línea cerrada es igual al producto de 𝝻0 por la intensidad neta que atraviesa el área limitada por la trayectoria".

Es importante tener en cuenta que esto se cumple siempre y cuando las corrientes sean continuas, es decir, que no comiencen o terminen en algún punto finito.

El físico danés Oersted comprobó la interacción entre la corriente eléctrica y una aguja imantada, lo que indicaba que los efectos de imanes y corrientes eléctricas eran similares.

Algunos años mas tarde, Faraday consiguió generar una corriente eléctrica en una espira variando la intensidad de corriente en un circuito próximo.

Ley de Faraday

Durante años Faraday buscó la forma de producir corriente a partir de un campo magnético. En 1831 empezó a ver como su trabajo daba los primeros frutos. Faraday dispuso una espira conectada a un galvanómetro, como es de esperar en estas condiciones, dado que no existe generadores conectados, dicho galvanómetro no marca circulación de corriente por la espira. Pero observó que, si introduce un imán en el centro de la espira, mientras este se está acercando, el galvanómetro se desvía marcando la existencia de corriente en la espira; cuando el imán se mantiene quieto en el interior de la espira el galvanómetro vuelve a indicar la ausencia de corrientes; finalmente, al extraer el imán, mientras este se aleja de la espira, el galvanómetro vuelve a desviarse, pero esta vez en sentido opuesto. Si además se vuelve a repetir el experimento invirtiendo la orientación del imán, se observa el mismo efecto, pero las desviaciones del galvanómetro son de sentido contrario a las anteriores.

Figura 1 

Figura 2

Figura 3

En La ley de inducción de Faraday se afirma que:

“La fuerza electromotriz inducida es igual a la variación de flujo magnético por unidad de tiempo”

Matemáticamente esta ley se expresa así:

Donde R es la resistencia del circuito, en este caso, la resistencia será la obtenida en el circuito formado por el galvanómetro y la espira.

Lo más sorprendente de este experimento fue que se generase corriente sin necesidad de una batería. Esta corriente se denomina corriente inducida y se dice que es producida por una fuerza electromotriz inducida.

En las dos primeras (Fig. 1 y 2), el movimiento del imán o el solenoide hace que en el interior de la espira el flujo varíe, mientras que, si permanecen inmóviles existe flujo, siendo este constante. En la tercera experiencia (Fig. 3), cuando el interruptor está cerrado por la segunda espira circula una corriente que genera un campo, este campo atraviesa la superficie de la primera espira dando lugar a un flujo constante, el cual no genera corrientes inducidas. El abrir o cerrar el interruptor hace que la corriente en la segunda espira varíe bruscamente, lo cual hace que el campo magnético también varíe y por tanto también el flujo, apareciendo así la corriente inducida en la primera espira.

En palabras de Faraday:

“Al hacer contacto se notaba un efecto súbito y ligero en el galvanómetro, y había un pequeño efecto semejante cuando cesaba el contacto con la batería. Sin embargo al estar circulando la corriente voltaica a través de una de las hélices, no se percibía ningún efecto galvanométrico ni de tipo inductivo en la otra hélice, aunque ya se había probado que la potencia activa de la batería era muy grande…”

Ley de Gauss

Gauss estudio el campo eléctrico relacionando el flujo eléctrico con las superficies cerradas. Tras sus estudios llegó a la conclusión de que el flujo eléctrico a través de una superficie cerrada era igual a:

Donde E₀ es la permeabilidad eléctrica del vacío.

Gauss estudió de forma análoga los campos magnéticos. Durante sus estudios descubrió que el flujo magnético a través de cualquier superficie cerrada era siempre nulo.

Este descubrimiento se traduce en la inexistencia de monopolos magnéticos y, por tanto, que las líneas de campo magnético sean siempre cerradas.

Ley de Lorentz

Lorentz estudió las fuerzas ejercidas por un campo magnético y eléctrico sobre cargas en movimiento y corrientes eléctricas.

La ley completa de Lorentz se establece por la siguiente ecuación, pero este trabajo se centrará en los efectos del campo magnético descartando la presencia de campos eléctricos:

Wilber Eleazar Solano Vega

Universidad de Oviedo. (--). Tema I: Leyes fundamentales del electromagnetismo, [En línea]. Disponible en: http://dfs.uib.es/GTE/education/industrial/con_maq_electriques/teoria/Teoria%20Oviedo/Primer%20Parcial/Presentaciones%20en%20formato%20PDF/Primer%20parcial%20completo.pdf

Universidad de Vigo. (2012, Mar 02). Leyes de electromagnetismo. [En línea]. Disponibe en: http://quintans.webs.uvigo.es/recursos/Web_electromagnetismo/electromagnetismo_leyes.htm#ampere

M. García. (--). Teorías del electromagnetismo. [En línea]. Disponible en: https://www.uaeh.edu.mx/docencia/P_Presentaciones/prepa3/2019/Teoria-del-electromagnetismo.pdf