Inducción Electromagnética
Experimentos de inducción
Una bobina de alambre está conectada a un galvanómetro. Cuando el imán cercano está inmóvil, el medidor no indica corriente. Esto no es sorprendente, pues en el circuito no hay fuente de fem. Pero cuando el imán se mueve y se acerca o se aleja de la bobina, el medidor indica corriente en el circuito, pero sólo mientras el imán se halla en movimiento. Si el imán permanece fijo y es la bobina que se mueve, otra vez se detecta corriente durante el movimiento. Esto se llama corriente inducida, y la fem correspondiente que se requiere para generarla recibe el nombre de fem inducida.
Ley de Faraday
La ley de Faraday establece que la fem inducida en una espira cerrada es igual al negativo de la tasa de cambio del flujo magnético con respecto al tiempo a través de la espira. Esta relación es válida ya sea que el cambio de flujo se deba a un campo magnético variable, al movimiento de la espira, o ambos factores.
Ley de Lenz
La ley de Lenz afirma que una corriente o fem inducida siempre tiende a oponerse al cambio que la generó, o a cancelarlo. La ley de Lenz se deduce de la de Faraday y a menudo es más fácil de usar.
Fem de movimiento
La fuerza magnética hace que las cargas libres de la varilla se muevan, lo que crea un exceso de carga positiva en el extremo superior a y de carga negativa en el extremo inferior b. Esto crea un campo eléctrico en el interior de la varilla, en el sentido que va de a hacia b. La carga continúa acumulándose en los extremos de la varilla hasta que el campo eléctrico sea suficientemente grande para que la fuerza eléctrica hacia abajo cancele exactamente la fuerza magnética hacia arriba. De esta forma las cargas están en equilibrio.
Se supone que la varilla se desliza a lo largo del conductor fijo en forma de U y forma un circuito completo. Ninguna fuerza magnética actúa sobre las cargas en el conductor fijo en forma de U, pero la carga que estaba cerca de los puntos a y b se redistribuye a lo largo del conductor fijo, y crea un campo eléctrico dentro de este último. Este campo establece una corriente en el sentido que se indica. La varilla móvil se ha vuelto una fuente de fuerza electromotriz; dentro de ella, la carga se mueve del potencial más bajo al más alto, y en lo que resta del circuito se mueve del potencial mayor al menor. Esta fem se denomina fuerza electromotriz de movimiento.
Campos eléctricos inducidos
Cuando un flujo magnético cambiante a través de un conductor fijo induce una fem, hay un campo eléctrico inducido de origen no electrostático. Este campo es no conservativo y no está asociado con un potencial.
Corriente de desplazamiento y ecuaciones de Maxwell
Un campo eléctrico que varía en el tiempo genera una corriente de desplazamiento iD, que actúa como fuente de un campo magnético exactamente de la misma manera que una corriente de conducción. La relación entre los campos eléctricos y magnéticos y sus fuentes se enuncia en forma compacta en las cuatro ecuaciones de Maxwell. En conjunto forman una base completa para la relación de los campos eléctricos y magnéticos, con sus fuentes.
