"Un poquito de ciencia" [Vol 1]: Faraday y La Ley de Inducción Electromagnética.

Cooper

Bang!
Bueno, con tiempo y dedicación voy a abrir algún que otro hilo sobre ciencia, a nivel totalmente "casero". Si se requiere más nivel, o hay alguna pregunta o discusión, que surja en el propio hilo. No abordaré esto más allá de ecuaciones sencillas, y la menor letra posible en su primer post, quiero que sea ameno y cercano a todo aquel que estudie de 1º de Bachiller en adelante.


Como bien indica el título, hoy hablaré un poquito de Michael Faraday, y de uno de sus múltiples y relevantes descubrimientos: La Ley de Inducción Electromagnética.

La inducción electromagnética se basa fundamentalmente en que cualquier
variación de flujo magnético que atraviesa un circuito cerrado genera una corriente
inducida, y en que la corriente inducida sólo permanece mientras se produce el cambio
de flujo magnético. Tales palabras, se reflejan en la siguiente ecuación:



Donde e es la f.e.m. que da pie a la corriente; y el otro término de la ecuación mide la variación del flujo con el tiempo.

Por lo tanto, si queremos obtener dicha fuerza debemos conseguir que el flujo a través del circuito varie con el tiempo, simplemente. Este flujo es la cantidad de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie, como se ve en la siguiente figura.



Ahora bien, ¿cómo llegó Faraday a estas conclusiones?

Para llegar a descubrir la inducción electromagnética, Faraday realizó
numerosos experimentos, que pueden ser agrupados en dos categorías: experimentos
con corrientes y experimentos con imanes.

En primer lugar preparó dos solenoides, uno arrollado sobre el otro, pero
aislados eléctricamente entre sí. Uno de ellos lo conectó a una pila y el otro a un
galvanómetro y observó cómo cuando accionaba el interruptor del primer circuito la
aguja del galvanómetro del segundo circuito se desplazaba, volviendo a cero tras unos
instantes. Sólo al abrir y al cerrar el interruptor el galvanómetro detectaba el paso de una
corriente que desaparecía con el tiempo. Además, la aguja se desplazaba en sentidos
opuestos al abrir y cerrar el interruptor.

En el segundo grupo de experimentos, Faraday utilizó un imán recto y una
bobina conectada a un galvanómetro. Al introducir bruscamente el imán en la bobina
observó una desviación en la aguja, desviación que desaparecía si el imán permanecía
inmóvil en el interior de la bobina. Cuando el imán era retirado la aguja del
galvanómetro se desplazaba de nuevo, pero esta vez en sentido contrario. Cuando
repetía todo el proceso completo la aguja oscilaba de uno a otro lado y su
desplazamiento era tanto mayor cuanto más rápido era el movimiento del imán entrando
y saliendo en el interior de la bobina. Lo mismo sucedía cuando mantenía quieto el
imán y movía la bobina sobre él.

Para interpretar de forma intuitiva este tipo de fenómenos, Faraday utilizó la
representación del campo magnético en forma de líneas de fuerza. Para que se generara
una corriente inducida en la bobina era necesario que las líneas de fuerza producidas por
el imán fueran cortadas por el hilo conductor de la bobina como consecuencia del
movimiento de uno u otro cuerpo.


Como podéis observar, esto era muy ingenioso, pero es aún más meritorio si tenemos en cuenta que no tenía apenas conocimientos matemáticos, y todo lo conseguía a fuerza una gran intuición experimental y muchísimo esfuerzo.

Sin embargo, sé lo que os estaréis preguntando los que hayáis llegado hasta aquí: Todo esto es muy bonito, pero... ¿para qué sirve?

Esta Ley es la base del transformador que permite transportar corrientes a tensiones muy altas, evitando pérdidas de energía, es el pilar de los motores eléctricos, y tiene influencia en micrófonos o teléfonos, entre otras cosas. Su pragmatismo es increíble, y supuso una revolución a nivel eléctrico en toda la industria.



Espero que haya quedado todo más o menos claro, era mi primer post y lo he hecho más o menos improvisado y deprisa y corriendo :p. Si hay dudas, podéis preguntar lo que sea y yo intentaré responder en la medida de lo posible.
 

K@#ø%!

square nothing
Para poder inducir un campo eléctrico con corriente continua, ¿habría que hacerlos a "golpecitos" de tensión? Es decir, hacer una senoide chapucera, algo tipo una señal tipo impulso o incluso escalón.


Por cierto, te hago la pole :p y de paso te digo que muy buen post =)
 

Cooper

Bang!
Precisamente la corriente continua, tiene de particular que el potencial emitido por la fuente es constante, es decir, tendrías una señal de tensión horizontal y continua.

Ahora bien, no entiendo muy bien a qué te refieres con inducir un campo eléctrico con corriente continua, puesto que cualquier carga con un movimiento acelerado crea un campo eléctrico, que es, en esencia, el que se crea en el circuito.
 

Cooper

Bang!
En ese caso, depende de la Ley de Ampére Generalizada, una de las 4 ecuaciones de Maxwell:







Como ves, para crear un campo magnético, se puede conseguir bien con un campo eléctrico variable(segundo término), como tú decías, o bien simplemente haciendo circular corriente a través del circuito(primer término). Piensa en el ejemplo más sencillo, al hacer circular corriente por un solenoide, ya podemos registrar un campo magnético en su interior fácilmente.
 

K@#ø%!

square nothing
Es que es una cosa que nunca me terminó de quedar del todo clara, porque mezclo conceptos y acabo armando un cacao en la cabeza bestial jejejeje. En su día me lié y como pude seguir hasta hoy con la duda, pues así va la cosa. en cuanto a lo de hacer circular corriente por un solenoide, yo tenía en la cabeza lo de alterna, porque al cambiar cada ciclo la onda de polaridad, y variar completamente su valor instantáneo, está claro que la corriente varía con ello y estas variaciones me hacen una variación del flujo magnético que me produce una FEM. Lo que no sabía (o no recordaba más bien) era la fórmula, en la que, obviamente, si tienes corriente, tienes densidad de corriente, pues si no hay superficie desaparece la misma, y la continua existe jejeje.
 

Suyay

Hay que joderse
Vaya, vaya, vaya...
Ahora creo que me cae un poco mejor. Pero sólo un poco :lol:
Leí el otro día un artículo sobre los tranformadores bastante interesante y salió Faraday por ahí, me he acordado ahora que he leído el hilo.
Dudas no tengo ninguna porque ya he estudiado los temas referentes a la inducción y además creo que lo has explicado bastante bien todo, pero cuando me digan la nota del exámen te la diré y podrás reírte de mí xDD
¿De qué hablarás en el próximo hilo?
 

Snape

Profesor de Pociones
Esta ciencia vuestra es incomprensible xD. Donde haya un problema de rutas metabolicas, que se quite lo demas...
 

Cooper

Bang!
Pues ya sabes, Cochino. A un rato anímate con Mendel, o algún otro :D

Suyay, no me reiré por la nota, todos hemos cateado exámenes y "no pasa nada" xD En cuanto al próximo hilo, aún no lo sé. La única rama de la que dudo que hable, o si lo hago será muy por encima, es Astrofísica. De lo demás, me podría meter con ello poco a poco. Ya veremos :p
 

Snape

Profesor de Pociones
Pues ya sabes, Cochino. A un rato anímate con Mendel, o algún otro :D

Suyay, no me reiré por la nota, todos hemos cateado exámenes y "no pasa nada" xD En cuanto al próximo hilo, aún no lo sé. La única rama de la que dudo que hable, o si lo hago será muy por encima, es Astrofísica. De lo demás, me podría meter con ello poco a poco. Ya veremos :p
Oye, tu no te cortes con astrofisica. Escribe de todo y mucho, que leer es gratis e interesante.
No estaria mal hacerlo, pero a ver si voy a cagarla... este verano si me lo preparo, o si tengo el honor de estudiar algo relacionado.
He entrado al post por curiosidad y ahora me salgo con una angustia horrible.
Estamos igual. Yo tampoco se que significa eso. Creo que esa F es una integral, ¿No?
 

Jwym Lord of Cinder

Moderation gone hollow
Una curiosidad que a mí me parece muy relevante del campo magnético es que, accidentalmente, su existencia implica que el Universo tiene, por lo menos, tres dimensiones (sí, ya sé que es obvio, pero una cosa es que sea obvio y otra es que puedas formalizarlo).

Un campo magnético es una región del espacio en la que una carga en movimiento con velocidad v sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular al campo y a la dirección que toma la carga (supongamos que es rectilínea si queremos prescindir de conceptos diferenciales).

Dicha fuerza es proporcional al producto vectorial de la velocidad, v, con el flujo del campo en la región, B. Un prodcuto vectorial es lo que los matemáticos llamamos una forma bilineal simétrica, y tiene la particularidad de operar dos vectores y dar como resultado un tercer vector perpendicular a ambos. Es decir, que si la velocidad y el flujo se hallan sobre un plano, la fuerza es perpendicular a dicho plano y, más concretamente, se halla fuera de él. Ésto sólo es posible si se tienen, al menos, tres dimensiones y, de hecho, de la definición formal del producto vectorial en un espacio euclídeo se deduce inmediatamente que ésta sólo tiene sentido si la dimensión del espacio es mayor que dos.

En pocas palabras, en un universo plano (dos dimensiones) no existiría el campo magnético en el sentido en que un supuesto imán sería incapaz de atraer nada hacia sí. Así las cosas, propongo a los físicos que en su afán por contar las dimensiones que tiene el universo, echen mano de alguna herramienta que generalice el producto vectorial (por ejemplo, el producto tensorial) y traten de aplicarla para sugerir que determinados fenómenos observables sólo son posibles en espacios de un determinado número de dimensiones. Por ejemplo: si una determinada fuerza sólo se pudiese obtener teóricamente como el producto tensorial de tres magnitudes vectoriales significaría que nuestro Universo tiene por lo menos 4 dimensiones (espaciales, al tiempo hay que darle de comer a parte).
 

November

Καλυψώ
Gracias por el aporte Faraday, espero que haya más volúmenes. Yo os leeré desde las sombras :D.
 

Snape

Profesor de Pociones
Una curiosidad que a mí me parece muy relevante del campo magnético es que, accidentalmente, su existencia implica que el Universo tiene, por lo menos, tres dimensiones (sí, ya sé que es obvio, pero una cosa es que sea obvio y otra es que puedas formalizarlo).

Un campo magnético es una región del espacio en la que una carga en movimiento con velocidad v sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular al campo y a la dirección que toma la carga (supongamos que es rectilínea si queremos prescindir de conceptos diferenciales).

Dicha fuerza es proporcional al producto vectorial de la velocidad, v, con el flujo del campo en la región, B. Un prodcuto vectorial es lo que los matemáticos llamamos una forma bilineal simétrica, y tiene la particularidad de operar dos vectores y dar como resultado un tercer vector perpendicular a ambos. Es decir, que si la velocidad y el flujo se hallan sobre un plano, la fuerza es perpendicular a dicho plano y, más concretamente, se halla fuera de él. Ésto sólo es posible si se tienen, al menos, tres dimensiones y, de hecho, de la definición formal del producto vectorial en un espacio euclídeo se deduce inmediatamente que ésta sólo tiene sentido si la dimensión del espacio es mayor que dos.

En pocas palabras, en un universo plano (dos dimensiones) no existiría el campo magnético en el sentido en que un supuesto imán sería incapaz de atraer nada hacia sí. Así las cosas, propongo a los físicos que en su afán por contar las dimensiones que tiene el universo, echen mano de alguna herramienta que generalice el producto vectorial (por ejemplo, el producto tensorial) y traten de aplicarla para sugerir que determinados fenómenos observables sólo son posibles en espacios de un determinado número de dimensiones. Por ejemplo: si una determinada fuerza sólo se pudiese obtener teóricamente como el producto tensorial de tres magnitudes vectoriales significaría que nuestro Universo tiene por lo menos 4 dimensiones (espaciales, al tiempo hay que darle de comer a parte).
Coño, interesante.
 

Cooper

Bang!
Oye, tu no te cortes con astrofisica. Escribe de todo y mucho, que leer es gratis e interesante.
No estaria mal hacerlo, pero a ver si voy a cagarla... este verano si me lo preparo, o si tengo el honor de estudiar algo relacionado.

Estamos igual. Yo tampoco se que significa eso. Creo que esa F es una integral, ¿No?
No es que me corte, es que no me gusta y tengo muy poca o nula idea sobre el tema. Me pasa justo lo contrario que con el electromagnetismo o la óptica xD En cuanto a cagarla o no, así se aprende, total esto es un foro y el resto estáis/estamos para debatir, corregir y tal. No pasa nada.

Sí, la F es una integral. Ya tendrás tiempo de aburrirte de ellas, tú tranqui.

He entrado al post por curiosidad y ahora me salgo con una angustia horrible.
xD Tampoco es para tanto, pero se requieren ya unos conocimientos un poco avanzados para que eso no asuste. Por eso no la puse en el post principal, no quiero que esto se convierta en un compendio de ecuaciones chungas que asusten a la gente.

Gracias por el aporte Faraday, espero que haya más volúmenes. Yo os leeré desde las sombras :D.
Se intentará, aunque soy realmente vago, tengo otro par de ideas, así que por lo menos creo que sacaré dos más. Los demás os podéis animar en otros campos, eh?

Boh! Qué bien me ha venido eso! Oí algo similar en una charla, pero no me enteré de nada.
 

opositivo

New member
Felicidades por el hilo. Si se pueden solicitar/recomendar temas para próximos hilos, yo apunto las uniones P-N (dopado del silicio), base de todo sistema electrónico.
 

opositivo

New member
Si tenemos corriente circulando a través de un cable y ponemos otro cerca, se genera corriente también en el segundo, ¿no?
 
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