Definición de Inducción

Ángel Zamora Ramírez
Licenciado en Física

La inducción electromagnética, en ocasiones referida simplemente como “inducción”, es un fenómeno físico que ocurre cuando un campo magnético variable provoca la aparición de una corriente eléctrica en un conductor cercano. Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday en 1831 y formuló la ley que lleva su nombre.

El hecho de que un campo magnético variable sea capaz de inducir una corriente eléctrica ha sido de gran provecho para nosotros. La inducción electromagnética está detrás del funcionamiento de los generadores eléctricos, los motores, las guitarras y bajos eléctricos, las parrillas de inducción, entre otras aplicaciones técnica e industriales.

La inducción electromagnética explicada

Imaginemos que tenemos un imán en nuestras manos y frente a nosotros se encuentra una bobina hecha con un alambre conductor que está conectado a un amperímetro. Un esquema de esta situación lo podemos apreciar en la figura inferior.

Vemos que el amperímetro no registra nada, por lo tanto, no existe corriente eléctrica. Ahora comenzamos a mover el imán hacia adentro de la bobina y nos percatamos que el amperímetro comienza a registrar una corriente eléctrica en la bobina. La corriente eléctrica se detiene cuando nosotros dejamos de mover el imán.

Después de esto comenzamos a mover el imán en sentido opuesto para sacarlo de la bobina y vemos que otra vez el amperímetro registra una corriente eléctrica en la bobina. Cuando sacamos el imán y dejamos de moverlo podemos comprobar que el amperímetro deja de registrar la corriente eléctrica.

Lo que puede resultar extraño en un principio es que la corriente eléctrica sólo aparece cuando el imán se mueve con respecto a la bobina. Esta misma pregunta se hizo Michael Faraday en 1831 cuando observó por primera vez este fenómeno, y de aquí fue que surgió la famosa “Ley de Faraday” que explica la inducción electromagnética.

Las corrientes eléctricas inducidas por un campo magnético no son consecuencia del campo magnético en sí, sino más bien de los cambios en el flujo magnético a través de un área determinada. El flujo magnético \(\Phi_B\) se define como:

\(\Phi_B=\int{\vec{B}\cdot d\vec{A}}\)

Donde \vec{B} es el campo magnético y d\vec{A} es un vector diferencial de área que es perpendicular a un área diferencial a través de la cual fluyen las líneas de campo de \(\vec{B}\). Podemos darnos cuenta que si el campo magnético \vec{B} y el área d\vec{A} son perpendiculares, entonces \vec{B}\cdot\ d\vec{A}=0, y por lo tanto, no existe flujo magnético. Por el contrario, si ambos vectores son paralelos, se tiene que:

\(\Phi_B=\int{B\ dA}\)

Donde B y dA son las magnitudes de ambos vectores. Si el campo magnético es uniforme podemos integrar sobre todo el área A\ a través de la cual fluye el campo magnético y se tiene que:

\(\Phi_B=BA\)

Las unidades del flujo magnético son los webers (Wb). En el caso que se planteó anteriormente, B sería la magnitud del campo magnético y A el área transversal de la bobina. La Ley de Faraday establece que la fuerza electromotriz \(\mathcal{E}\) inducida en el conductor es la tasa de cambio con respecto al tiempo del flujo magnético \(\Phi_B\) a través del conductor. Matemáticamente, esto se expresa como:

\(\mathcal{E}=-\frac{d\Phi_B}{dt}\)

En el ejemplo anterior al mover el imán hacia dentro y fuera de la bobina lo que estábamos haciendo era provocar cambios en el flujo magnético a través de ella y, por lo tanto, se generaba una corriente eléctrica. Tomando en cuenta el caso en el que \(\Phi_B=BA\), la ley de Faraday establece que:

\(\mathcal{E}=-A\frac{dB}{dt}\)

Es decir, la corriente eléctrica se genera por campos magnéticos que varían con el tiempo. En este caso esa variación se logra al mover el imán con respecto a la bobina. Otra forma más general de la Ley de Faraday es la formulada por James Clerk Maxwell en 1864 en sus famosas ecuaciones. Esta expresión se ve como:

\(\nabla\times\vec{E}=-\frac{\partial\vec{B}}{\partial t}\)

Donde \(\nabla\times\vec{E}\) es el rotacional del campo eléctrico \(\vec{E}\) y \(\frac{\partial\vec{B}}{\partial t}\) es la derivada parcial del campo magnético \(\vec{B}\) con respecto al tiempo. Lo que nos dice esta ecuación es que los campos magnéticos que cambian con el tiempo pueden inducir campos eléctricos.

Como hemos podido percatarnos, basta con tener variaciones en el flujo magnético, o campos magnéticos que cambien con el tiempo, para poder inducir corrientes eléctricas en un conductor. Afortunadamente, esto se puede lograr de muchas maneras y los seres humanos nos hemos ingeniado formas de poder aprovechar este fenómeno.

Los generadores y motores utilizan imanes que giran o bobinas que rotan con respecto a un imán para generar corrientes eléctricas. Las guitarras y bajos eléctricos con sus cuerdas metálicas perturban el campo magnético de varios imanes conectados a una bobina y se generan corrientes eléctricas que después se convierten en sonido. Sin duda alguna, la inducción electromagnética ha sido un fenómeno muy influyente en nuestras vidas.

Por: Ángel Zamora Ramírez. Licenciado en Física egresado de la Universidad de Colima. Maestro en Ciencias en Ingeniería y Física Biomédicas egresado del CINVESTAV. Amante de la divulgación científica.

Art. actualizado: Marzo 2024; sobre el original de marzo, 2010.

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