Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Ley de Faraday


Introducción

La ley de Faraday es un principio fundamental del electromagnetismo que describe cómo se producen corrientes eléctricas por cambios en campos magnéticos. Esta ley es la piedra angular de la teoría electromagnética y es importante para entender cómo funcionan varios dispositivos eléctricos, como transformadores, generadores eléctricos e inductores.

Concepto Básico

Según la ley de Faraday, un cambio en el entorno magnético de una bobina de alambre inducirá una fuerza electromotriz (FEM) en la bobina. Si el circuito está cerrado, la FEM inducida impulsa la corriente, y este proceso se llama inducción electromagnética.

Matemáticamente, la ley de Faraday se describe mediante la siguiente ecuación:

EMF = -dΦB/dt

Aquí, EMF es la fuerza electromotriz en voltios, y ΦB es el flujo magnético en webers. El signo negativo indica la dirección de la FEM inducida y se basa en la ley de Lenz, que establece que la FEM inducida se opondrá al cambio que la produjo.

Flujo Magnético

El flujo magnético, denotado por ΦB, es una medida de la magnitud del campo magnético que pasa a través de un área dada. Se calcula como:

ΦB = B * A * cos(θ)

Donde:

  • B es la intensidad del campo magnético en Tesla.
  • A es el área en metros cuadrados a través de la cual pasan las líneas de campo.
  • θ es el ángulo entre las líneas de campo y la perpendicular a la superficie.

El flujo magnético depende de la intensidad del campo magnético, el tamaño de la región y el ángulo de orientación de la región con respecto al campo magnético.

Visualización del flujo magnético

B A θ

Este diagrama anterior muestra la región del espacio que representa los vectores de campo magnético, con B siendo el campo magnético y A siendo el área a través de la cual pasan las líneas. El ángulo θ está entre el campo y la perpendicular a la superficie (A), lo que afecta al flujo magnético.

La ley de Faraday y la FEM inducida

La inducción electromagnética, como lo describe la ley de Faraday, trata de cómo un cambio en el flujo magnético lleva a la generación de una fuerza motriz eléctrica. Para ver esto, considere una simple bobina que se mueve a través de un campo magnético, o cuando el campo magnético alrededor de una bobina estacionaria cambia.

Ejemplo: un lazo en movimiento

Considere un simple lazo circular que se mueve dentro y fuera de un campo magnético. A medida que el volumen del lazo dentro del campo cambia, el flujo magnético a través del lazo cambia, induciendo una FEM de acuerdo con la ley de Faraday.

Por ejemplo, si un lazo pasa por un espacio con un campo magnético constante:

EMF = -N * (dΦB/dt)

Donde N es el número de vueltas en la bobina. Esto muestra que la FEM inducida depende no solo de la tasa de cambio del flujo magnético (dΦB/dt), sino también del número de vueltas en la bobina.

Visualización de la bobina en movimiento

B Bobina

En este diagrama simplificado, la bobina se muestra como un rectángulo con segmentos circulares, y se mueve en un campo magnético uniforme (flechas azules). Los cambios en el campo dentro de la bobina conducen a cambios en el flujo magnético a través de la bobina, causando que se induzca una FEM.

Ejemplo: rotación de una bobina

Otro ejemplo práctico es una bobina que gira dentro de un campo magnético, como en un generador eléctrico. El ángulo θ entre el campo magnético y la superficie de la bobina cambia con el tiempo, afectando el flujo e induciendo una FEM.

La FEM en una bobina rotatoria se puede describir de la siguiente manera:

EMF(t) = NBAω * sin(ωt)

Donde:

  • N es el número de vueltas
  • B es la intensidad del campo magnético
  • A es el área de la bobina
  • ω es la frecuencia angular de rotación
  • t es el tiempo

Esta expresión muestra que la magnitud de la FEM inducida depende de la frecuencia de rotación y varía sinusoidalmente con el tiempo.

Papel de la ley de Lenz

La ley de Lenz es importante para determinar la dirección de la corriente inducida. Establece que la dirección de la corriente inducida será tal que opondrá el cambio en el flujo magnético que la produce. Por eso aparece el signo menos en la ecuación de Faraday.

Considere un campo magnético cuya intensidad aumenta. La corriente inducida generará su propio campo magnético en dirección opuesta para minimizar el cambio.

Ejemplo: amortiguación magnética

Como una segunda aplicación de la ley de Lenz, considere un anillo de metal colocado en un campo magnético cambiante. La corriente inducida en el anillo se opondrá al cambio, y esta oposición se usa en un sistema de frenado electromagnético llamado amortiguación magnética.

Cuando un campo magnético pasa a través de un conductor mientras hay movimiento relativo presente, se producen corrientes de Foucault. Estas corrientes por su naturaleza resisten cambios, gracias a la ley de Lenz.

Aplicaciones de la ley de Faraday

La ley de Faraday juega un papel vital en el funcionamiento de transformadores, generadores eléctricos y muchos tipos de sensores. El principio de inducción electromagnética se utiliza en estos dispositivos para diversas aplicaciones tecnológicas.

En los transformadores, la idea es transferir energía eléctrica entre dos o más circuitos mediante la inducción electromagnética. Los generadores convierten energía mecánica en energía eléctrica utilizando los principios del cambio de campos magnéticos.

Conclusión

La ley de Faraday de la inducción electromagnética es fundamental para comprender muchas de las tecnologías a nuestro alrededor. Al descubrir y aplicar este principio, las innovaciones en generación de energía y electromagnetismo han transformado nuestro mundo.

Esta teoría no solo forma la base de una amplia gama de tecnologías, sino que también proporciona una rica comprensión de la interacción entre la electricidad y el magnetismo, dándonos profundas percepciones de los fenómenos físicos.


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