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Lecciones de física
Curso: Lecciones de física > Unidad 13
Lección 4: El flujo magnético y la ley de Faraday- El flujo y el flujo magnético
- ¿Qué es el flujo magnético?
- Introducción a la ley de Faraday
- La ley de Lenz
- La ley de Faraday. Ejemplo
- ¿Qué es la ley de Faraday?
- La fuerza electromotriz (FEM) inducida en una varilla que viaja a través de un campo magnético
- La ley de Faraday para generar electricidad
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¿Qué es el flujo magnético?
Aprende qué es el flujo magnético y cómo se calcula.
¿Qué es el flujo magnético?
El flujo magnético es una medida del campo magnético total que pasa a través de un área dada. Es una herramienta útil para describir los efectos de la fuerza magnética en algún objeto que ocupa un área dada. La medición del campo magnético está atada al área particular de elección. Podemos escoger como queramos el tamaño del área y su orientación relativa al campo magnético.
Si usamos la representación de líneas de campo del campo magnético, entonces cada línea de campo que atraviesa un área dada contribuye con algo de flujo magnético. El ángulo al cual la línea de campo se interseca con el área también es importante. Una línea de campo que penetra de forma rasante contribuye con una pequeña componente de campo al flujo magnético. Cuando calculamos el flujo magnético, solamente incluimos la componente del vector de campo magnético que es normal a nuestra área de prueba.
Si escogemos una superficie simple y plana de área A como nuestra área de prueba, y hay un ángulo theta entre su normal y un vector de campo vectorial (con magnitud B), entonces el flujo magnético es
Si la superficie es perpendicular al campo, entonces el ángulo es cero y el flujo magnético simplemente es B, A. La Figura 1 muestra un ejemplo de un área de prueba plana a dos ángulos distintos con respecto al campo magnético y el flujo magnético resultante.
Ejercicio 1:
Si ambas superficies azules en la Figura 1 tienen áreas iguales y el ángulo theta es 25, degrees, ¿cuánto más pequeño es el flujo que pasa a través del área de la izquierda comparado con el que pasa por el de la derecha?
¿Cómo medimos el campo magnético?
La unidad del SI del flujo magnético es el weber (nombrada en honor del físico alemán coinventor del telégrafo, Wilhelm Weber), y su símbolo es W, b.
Ya que el flujo magnético es tan solo una manera de expresar el campo magnético en un área dada, lo podemos medir con un magnetómetro del mismo modo que el campo magnético. Por ejemplo, supón que movemos una pequeña sonda de un magnetómetro (sin rotarla) dentro de un área de 0, point, 5, space, m, squared cerca de una gran lámina de material magnético, y el aparato registra una lectura constante de 5, space, m, T. Entonces, el flujo magnético que pasa a través del área es left parenthesis, 5, dot, 10, start superscript, minus, 3, end superscript, space, T, right parenthesis, dot, left parenthesis, 0, point, 5, space, m, squared, right parenthesis, equals, 0, point, 0025, space, W, b. En caso de que la lectura del campo magnético cambiara con la posición, sería necesario encontrar la lectura promedio.
Un término relacionado que te puedes encontrar es la densidad de flujo magnético. Esta densidad se mide en W, b, slash, m, squared. Puesto que estamos dividiendo el flujo entre el área, también podemos expresar las unidades de la densidad de flujo en teslas. De hecho, a menudo usamos el término "densidad de flujo magnético" como sinónimo de "magnitud del campo magnético".
Ejercicio 2:
La figura 2 muestra el mapa de un campo magnético no uniforme medido cerca de una lámina de material magnético. Si la curva verde representa una espira de alambre, ¿cuál es el flujo magnético que pasa a través de la espira?
¿Por qué esto es útil?
Hay un par de razones por las cuales la descripción del flujo magnético puede ser más útil que la del campo magnético.
- Cuando una espira de alambre se mueve a través de un campo magnético, se genera un voltaje que depende del flujo magnético a través del área de la espira. Esto está descrito por la ley de Faraday y lo exploramos en nuestro artículo sobre la ley de Faraday. Los motores eléctricos y los generadores aplican la ley de Faraday a espiras que rotan en un campo magnético como se muestra en la Figura 3. En este ejemplo, el flujo cambia a medida que la espira rota. La descripción del flujo magnético le permite a los ingenieros calcular fácilmente el voltaje generado por un generador eléctrico incluso cuando el campo magnético es complicado.
- Aunque hasta ahora solo nos hemos preocupado por el flujo magnético medido para un área de prueba plana y sencilla, podemos hacer que nuestra área de prueba tenga cualquier forma que queramos. De hecho, podemos usar una superficie cerrada como una esfera que envuelve una región de interés. Las superficies cerradas son de un interés particular para los físicos debido a la ley de Gauss para el magnetismo. Como los imanes siempre tienen dos polos, no hay posibilidad (hasta donde sabemos) de que haya un monopolo magnético dentro de una superficie cerrada. Esto significa que el flujo magnético neto a través de tal superficie cerrada siempre es cero y, por lo tanto, todas las líneas de campo magnético que entran a la superficie cerrada están exactamente balanceadas por líneas que salen. Este hecho es útil para simplificar problemas de campo magnético.
El flujo magnético alrededor de un alambre por el que pasa corriente
Ejercicio 1:
La Figura 4 muestra una espira cuadrada de alambre colocada cerca de otro alambre por el que pasa corriente. Con las dimensiones mostradas en la figura, encuentra el flujo magnético que pasa a través de un la espira. Si no sabes cómo calcular el campo magnético alrededor de un alambre, revisa nuestro artículo sobre el campo magnético. Pista: tal vez sea útil graficar el campo magnético vs. la distancia vertical al alambre.
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Sería posible generar energía a grandes escalas mediante la aplicación de la ley de Faraday?(7 votos)