La inducció electromagnètica es defineix com la inducció d'una força electromotriu (tensió) en un mitjà o cos proper a causa de la presència d'un camp magnètic variable. Aquest fenomen va ser descobert pel físic i químic britànic Michael Faraday, en el transcurs de l'any 1831, mitjançant la llei d'inducció electromagnètica de Faraday.
Faraday va realitzar proves experimentals amb un imant permanent envoltat d'una bobina de filferro i va observar la inducció d'un voltatge sobre aquesta bobina, i la circulació d'un corrent subjacent.
Michael Faraday
Aquesta llei assenyala que la tensió induïda sobre un llaç tancat és directament proporcional a la taxa de canvi de el flux magnètic a l'travessar una superfície, pel que fa a el temps. Així, és factible induir la presència d'una diferència de tensió (voltatge) sobre un cos adjacent a causa de la influència de camps magnètics variables.
Al seu torn, aquesta tensió induïda dóna peu a la circulació d'un corrent corresponent a la tensió induïda ia la impedància de l'objecte d'anàlisi. Aquest fenomen és el principi d'acció de sistemes de potència i dispositius d'ús quotidià, com ara: motors, generadors i transformadors elèctrics, forns d'inducció, inductors, bateries, etc.
Fórmula i unitats
La inducció electromagnètica observada per Faraday va ser compartida a el món de la ciència mitjançant modelitzacions matemàtiques que permeten replicar aquest tipus de fenòmens i predir el seu comportament.
fórmula
Per calcular els paràmetres elèctrics (tensió, corrent) associats a l'fenomen d'inducció electromagnètica, abans s'ha de definir quin és el valor de la inducció magnètica, conegut actualment com a camp magnètic.
Per conèixer quin és el flux magnètic que travessa a una determinada superfície, llavors s'ha de calcular el producte de la inducció magnètica per aquesta àrea. així:
on:
Φ: Flux magnètic
B: Inducció magnètica
S: Superfície
La Llei de Faraday indica que la força electromotriu que s'indueix sobre cossos voltants ve donada per la taxa de canvi de el flux magnètic que fa a el temps, tal com es detalla a continuació:
on:
ε: Força electromotriu
A l'substituir el valor de l'flux magnètic en l'expressió anterior, es té el següent:
Si s'apliquen integrals a banda i banda de l'equació amb la finalitat de delimitar una trajectòria finita per a l'àrea associada a l'flux magnètic, s'obté una aproximació més precisa de el càlcul requerit.
A més, d'aquesta manera també es delimita el càlcul de la força electromotriu en un circuit tancat. Així, a l'aplicar integració en els dos membres de l'equació, s'obté que:
Unitat de mesura
La inducció magnètica es mesura en el Sistema Internacional d'Unitats (SI) en Tesles. Aquesta unitat de mesura està representada amb la lletra T, i correspon a el conjunt de les següents unitats bàsiques.
Un tesla equival a la inducció magnètica de caràcter uniforme que produeix un flux magnètic d'1 weber sobre una superfície d'un metre quadrat.
Segons el Sistema Cegesimal d'Unitats (CGS), la unitat de mesura de la inducció magnètica és el gauss. La relació d'equivalència entre les dues unitats és la següent:
1 tesla = 10 000 gauss
La unitat de mesura de la inducció magnètica deu el seu nom a l'enginyer, físic i inventor serbocroat Nikola Tesla. Va ser denominada d'aquesta manera a mitjans de l'any 1960.
Com funciona?
Es denomina inducció a causa de que no hi ha una connexió física entre l'element primari i el secundari; en conseqüència, tot passa a través de connexions indirectes i intangibles.
El fenomen d'inducció electromagnètica passa donada la interacció de les línies de força d'un camp magnètic variable sobre els electrons lliures d'un element conductor proper.
Per això, l'objecte o mitjà sobre el qual es produeix la inducció ha d'estar disposat perpendicularment pel que fa a les línies de força de camp magnètic. D'aquesta manera, la força exercida sobre els electrons lliures és més gran i, en conseqüència, la inducció electromagnètica és molt més forta.
Al seu torn, el sentit de circulació del corrent induït ve donat per la direcció que atorguen les línies de força de camp magnètic variable.
Per la seva banda, hi ha tres mètodes a través dels quals es pot variar el flux de camp magnètic per induir una força electromotriu sobre un cos o objecte proper:
1- Modificar el mòdul de camp magnètic, mitjançant variacions en la intensitat de l'flux.
2- Canviar l'angle existent entre el camp magnètic i la superfície.
3- Modificar la mida de la superfície inherent.
Llavors, un cop modificat un camp magnètic, s'indueix una força electromotriu en l'objecte limítrof que, depenent de la resistència a la circulació de corrent que aquest posseeixi (impedància), produirà un corrent induït.
En aquest ordre d'idees, la proporció d'aquest corrent induït serà major o menor que la primària, segons sigui la configuració física de el sistema.
exemples
El principi d'inducció electromagnètica és el fonament d'operació dels transformadors elèctrics de tensió.
La relació de transformació d'un transformador de tensió (reductor o elevador) ve donada pel nombre de embobinados que té cada debanament de l'transformador.
Així, depenent de el nombre de bobines, la tensió en el secundari pot ser més gran (transformador elevador) o menor (transformador reductor), segons sigui l'aplicació dins de el sistema elèctric interconnectat.
D'una manera similar, les turbines generadors d'electricitat en els centres hidroelèctrics també operen gràcies a la inducció electromagnètica.
En aquest cas, les paletes de la turbina mobilitzen l'eix de rotació que se situa entre la turbina i el generador. Després, això es tradueix en la mobilització de l'rotor.
Al seu torn, el rotor està conformat per una sèrie de embobinados que a l'estar en moviment donen origen a un camp magnètic variable.
Aquest últim indueix una força electromotriu en l'estator de el generador, el qual està connectat a un sistema que permet transportar en línia l'energia generada durant el procés.
Mitjançant els dos exemples abans exposats és factible detectar com la inducció electromagnètica forma part de les nostres vides en aplicacions elementals de la quotidianitat.
referències
- Electromagnetic induction (sf). Recuperat de: electronics-tutorials.ws
- Electromagnetic induction (sf). Recuperat de: nde-ed.org
- Avui a la història. 29 agost 1831: Va ser descoberta la inducció electromagnètica. Recuperat de: mx.tuhistory.com
- Martín, T., i Serrano, A. (sf). Inducció magnètica. Universitat Politècnica de Madrid. Madrid, Espanya. Recuperat de: montes.upm.es
- Sancler, V. (sf). Inducció electromagnètica. Recuperat de: euston96.com
- Wikipedia, L'Enciclopèdia Lliure (2018). Tesla (unitat). Recuperat de: es.wikipedia.org