Inducció electromagnètica
La inducció electromagnètica és el fenomen que origina la producció d'una força electromotriz (f.i.m. o tensió) en un mig o cos expost a un camp magnètic variable,[1] be en un mig mòvil respecte a un camp magnètic estàtic no uniforme, o la variació de les llínees de camp que travessen dita superfície per mig d'un gir. L'inducció es produïx quan l'energia d'un camp electromagnètic és transferida a un cos expost dins de la seua ràdio. Quan dit cos és un conductor i és part d'un circuit tancat, es produïx una corrent induïda. Este fenomen va ser descobert per Michael Faraday en 1831, qui ho va expressar indicant que la magnitut de la tensió induïda és proporcional a la variació del fluix magnètic (llei de Faraday).
Per una atra part, Heinrich Lenz va comprovar que la corrent deguda a la f.i.m. induïda s'opon al canvi de fluix magnètic, de forma tal que la corrent tendix a mantindre el fluix. Açò és vàlit tant per al cas en que l'intensitat del fluix varie, o que el cos conductor es moga respecte del fluix de la corrent.
Història
[editar | editar còdic]
L'inducció electromagnètica va ser descoberta per Michael Faraday, publicada en 1831.[4][5] Va ser descobert de forma independent per Joseph Henry en 1832.
Erro en la cita: Element<ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingut[6]
En la primera demostració experimental de Faraday (29 d'agost de 1831),[7] va envoldre dos cables al voltant dels costats oposts d'un anell de ferro o "bou" (una disposició similar a un modern transformador toroidal).cita requerida Basant-se en la seua comprensió dels electroimanes, esperava que, quan la corrent començara a fluir en un cable, una espècie d'ona viajaria a través de l'anell i causaria algun efecte elèctric en el costat opost. Va conectar un cable a un galvanómetro, i ho va observar mentres conectava l'atre cable a una bateria. Va vore una corrent transitòria, a la que va cridar "ona d'electricitat", quan va conectar el cable a la bateria i una atra quan la va desconectar.[8] Esta inducció es devia al canvi en el fluix magnètic que es produïa quan es conectava i desconectava la bateria.[3] En dos mesos, Faraday va trobar vàries atres manifestacions de l'inducció electromagnètica. Per eixemple, va observar corrents transitòries quan va esgolar ràpidament una barra magnètica dins i fòra d'una bobina de cables, i va generar una corrent constant (DC) fent girar un disc de coure prop de la barra magnètica en un cable elèctric deslisant ("disc de Faraday").[9]
Faraday va explicar l'inducció electromagnètica per mig d'un concepte que va denominar llínees de força. No obstant, els científics de l'época varen rebujar àmpliament les seues idees teòriques, principalment perque no estaven formulades matemàticament.[10] Una excepció va ser James Clerk Maxwell, que va utilisar les idees de Faraday com a base de la seua teoria electromagnètica quantitativa.[10][11][12] En el model de Maxwell, l'aspecte de l'inducció electromagnètica que varia en el temps s'expressa com una equació diferencial, a la que Oliver Heaviside es referia com la llei de Faraday, encara que és llaugerament diferent de la formulació original de Faraday i no descriu el CEM mòvil. La versió de Heaviside (vejau Equació de Maxwell-Faraday més alvance) és la forma reconeguda hui en dia en el grup d'equacions conegudes com equacions de Maxwell.
En 1834 Heinrich Lenz va formular la llei que du el seu nom per a descriure el "fluix a través del circuit". La llei de Lenz dona la direcció de la FEM induïda i de la corrent resultant de l'inducció electromagnètica.
Teoria
[editar | editar còdic]Llei d'inducció de Faraday i llei de Lenz
[editar | editar còdic]
La llei d'inducció de Faraday utilisa el fluix magnètic ΦB a través d'una regió espacial compresa per una espira d'aram. El fluix magnètic es definix per mig d'una integral de superfície:Erro en la cita: Element <ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingut
- ___MATH_0___
a on dA és un element de la superfície Σ compresa per la espira d'aram, B és el camp magnètic. El producte escalar B·dA correspon a una cantitat infinitésima de camp magnètic. En forma visual, el fluix magnètic a través de la espira d'aram és proporcional al número de llínees de camp magnètic que passen a través de la espira.
Quan el fluix a través de la superfície canvia, la llei d'inducció de Faraday establix que la espira d'aram desenrolla una força electromotriz (FEM). (La FEM és el voltage que seria medit si es tallara l'aram per a crear un circuit obert, i es conectara un voltímetro en els seus extrems. En forma matemàtica, ___MATH_1___ és definida com l'energia disponible per una càrrega unitària que ha recorregut una volta la espira d'aram.[13][14]Erro en la cita: Element <ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingut) La versió més difosa d'esta llei establix que la força electromotriz induïda en tot circuit tancat és igual a la derivada en el temps del fluix magnètic comprés pel circuit:[15][16]
- ___MATH_2___,
a on ___MATH_3___ és la força electromotriz FEM i ΦB és el fluix magnètic. Esta direcció de la força electromotriz queda definida per la llei de Lenz que establix que una corrent induïda circularà en la direcció que s'opon al canvi que la produïx.Erro en la cita: Element <ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingut Això es deu al signe negatiu en l'equació prèvia. Per a aumentar la FEM generada, una estratègia utilisada és utilisar un enrollamiento compacte d'aram, conformat per N espiras idèntiques, cada una d'elles travessada pel mateix fluix magnètic. La FEM resultant resulta ser llavors N voltes la d'una sola espira.Erro en la cita: Element <ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingutErro en la cita: Element <ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingut
- ___MATH_4___
La generació d'una FEM per mig d'una variació del fluix magnètic a través de la superfície d'una espira d'aram pot conseguir-se de vàries maneres:
- el camp magnètic B canvia (per eixemple, un camp magnètic altern, o movent un bucle d'aram cap a una barra magnètica a on el camp B és més forta),
- el bucle d'aram es deforma i la superfície Σ canvia,
- l'orientació de la superfície dA canvia (per eixemple, fent girar una espira d'aram cap a un camp magnètic fix),
- qualsevol combinació de les anteriors
Equació de Maxwell-Faraday
[editar | editar còdic]En general, la relació entre la FEM ___MATH_5___ en una espira d'aram que rodeja una superfície Σ, i el camp elèctric I en l'aram ve donada per
- ___MATH_6___
a on dℓ és un element de contorn de la superfície Σ, combinant açò en la definició de fluix
- ___MATH_7___
es pot escriure la forma integral de l'equació de Maxwell–Faraday
- ___MATH_8___
És una de les quatre equacions de Maxwell, i per tant juga un paper fonamental en la teoria del electromagnetisme clàssic.
Llei de Faraday i relativitat
[editar | editar còdic]La llei de Faraday descriu dos fenomens diferents: el FEM de moviment generat per una força magnètica sobre un cable en moviment (vejau Força de Lorentz), i el FEM de transformació que es genera per una força elèctrica deguda a un camp magnètic canviant (per la forma diferencial de la #Equació de Maxwell-Faraday). James Clerk Maxwell va cridar l'atenció sobre els fenomens físics separats en 1861.Erro en la cita: Element <ref> no vàlit;
les referencies sense nom deuen de tindre contingut[17] Es creu que este és un eixemple únic en física en el que s'invoca una llei tan fonamental per a explicar dos fenomens tan diferents.[18]
Albert Einstein es va donar conte de que les dos situacions corresponien a un moviment relatiu entre un conductor i un iman, i el resultat no es vea afectat pel que es movia. Esta va ser una de les principals vies que ho varen conduir a desenrollar la teoria especial de la relativitat.[19]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «Joseph Henry». Distinguished Members Gallery, National Academy of Sciences.
- ↑ Poyser, A. W. (1892). Magnetisme i Electricitat: A Manual for Students in Advanced Classes, Londres i Nova York: Longmans, Green, & Co..
- ↑ 3,0 3,1 Giancoli, Douglas C. (1998). Physics: Principis en aplicacions, Quinta edició, p. 623-624.
- ↑ Ulaby, Fawwaz (2007). Fundamentals of applied electromagnetics, 5th edició, Pearson:Prentice Hall, p. 255. ISBN 978-0-13-241326-8.
- ↑ «nas.edu/history/members/henry.html Joseph Henry». Galeria de Membres Distinguits, Acadèmia Nacional de Ciències.
- ↑ Archius de l'Institució Smithsonian, Electromagnetisme.
- ↑ Faraday, Michael (1831-08-29). «Faraday's notebooks: Electromagnetic Induction».
- ↑ Michael Faraday, per L. Pearce Williams, p. 182-3
- ↑ Michael Faraday, per L. Pearce Williams, p. 191-5
- ↑ 10,0 10,1 Michael Faraday, per L. Pearce Williams, p. 510
- ↑ Maxwell, James Clerk (1904), A Treatise on Electricity and Magnetism, Vol. II, Third Edition. Oxford University Press, pp. 178-9 i 189.
- ↑ "Archives Biographies: Michael Faraday", The Institution of Engineering and Technology.
- ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaFeynman - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaGriffiths2 - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaJordan & Balmain (1968) - ↑ Erro en la cita: L'element
<ref>no és vàlit; puix no n'hi ha una referència en text nomenadaHayt (1989) - ↑ Observe's que la llei que relaciona el fluix en el CEM, que en este artícul es denomina "llei de Faraday", és denominada per Griffiths com la "regla del fluix universal". Utilisa el terme "llei de Faraday" per a referir-se a lo que este artícul denomina "equació de Maxwell-Faraday".
- ↑ "La regla del fluix" és la terminologia que Feynman utilisa per a referir-se a la llei que relaciona el fluix magnètic en el CEM.
- ↑
- Translated in
- Este artícul conté una traducció derivada de «Inducción electromagnética» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.