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Un campo eléctrico a partir de un campo magnético cambiante
A veces es difícil definir qué es un campo en física, pero normalmente definimos los campos eléctricos de la siguiente manera:
Un campo eléctrico es un campo del espacio en el que un objeto puede experimentar una fuerza eléctrica.
Los campos eléctricos pueden crearse cambiando los campos magnéticos. En otras palabras, si la amplitud del campo magnético cambia con el tiempo, se inducirá un campo eléctrico. Esto se analiza con más detalle en el siguiente ejemplo.
La magnitud del campo magnético, \ (B\), aumenta con el tiempo. Las flechas de nuestro anillo muestran que tenemos una corriente, \(I\), que se mueve en sentido contrario a las agujas del reloj, y las cruces del diagrama muestran que el campo magnético se dirige hacia fuera de la pantalla.
Conductor de alambre en un campo magnético creciente,StudySmarter Originals.
Cuando tenemos una espira de alambre dentro de un campo magnético cambiante, observamos una corriente en la espira. Esto significa que las cargas están experimentando una fuerza eléctrica. De esto podemos concluir que el campo magnético cambiante ha creado un campo eléctrico inducido que ha provocado el flujo de corriente.
Pero, ¿cuál es la forma de ese campo? Elhecho de que haya una corriente moviéndose en el alambre circular nos da una pista de que puede tratarse de un campo eléctrico circular. También sabemos que las líneas del campo eléctrico deben ser bucles cerrados. Así, la imagen siguiente muestra el aspecto de nuestro campo eléctrico inducido
Múltiples hilos conductores en un campo magnético externo cambiante, StudySmarter Originals.
El proceso se produce introduciendo primero un flujo magnético cambiante en un alambre. Esto, a su vez, inducirá un campo eléctrico, que a su vez inducirá tensión en el alambre. Finalmente, la tensión induce corriente en el alambre.
El campo eléctrico se inducirá aunque no haya cable de espira.
Sin embargo, en este caso, no hay corriente inducida.
El campo magnético variable creará un campo eléctrico aunque no haya ningún hilo o conductor. Sin embargo, si no hay hilo, no hay cargas sobre las que aplicar fuerza eléctrica. Por tanto, no se inducirá ni tensión ni corriente.
Un campo eléctrico cambiante produce un campo magnético
El ejemplo anterior también funciona en sentido contrario. Si inducimos una corriente en nuestro anillo utilizando una fuente de energía, observaremos un campo magnético alrededor de nuestro anillo.
Corriente inducida por un campo magnético cambiante
Como ya hemos dicho, un campo magnético cambiante siempre induce un campo eléctrico.
Sin embargo, sólo cuando hay un conductor en un campo magnético cambiante:
Entonces, se inducirá un campo eléctrico.
Provocando una tensión inducida en el conductor.
Como resultado, fluirá una corriente en el conductor.
La tensión inducida no puede producirse si no hay conductor en la región del campo magnético cambiante.
He aquí algunas preguntas interesantes que podemos hacer sobre un campo magnético:
¿Cómo cambiaría su campo magnético al calentar una barra magnética?
- Cuando los átomos del imán se calientan: Ganan energía cinética y se desplazan más deprisa.
- Como los átomos se mueven tan deprisa Chocan con otros átomos, haciendo que los átomos del dominio se desalineen.
- Como consecuencia, el campo magnético se reduciría.
¿Con qué frecuencia cambia de dirección el campo magnético terrestre?
- El campo magnético terrestreha experimentado innumerables inversiones de polaridad a lo largo del tiempo geológico.
- En los últimos 10 millones de años se han producido una media de4 ó 5 inversiones cada millón de años.
¿Cómo cambia el campo magnético con la distancia?
- Losdipolos magnéticos, que utilizan imanes permanentes o bucles de alambre conductores de corriente, se utilizan habitualmente para generar campos magnéticos. Todo imán está rodeado por un campo magnético.
- Cuando un objeto entra en el campo magnético, es atraído por el imán. A medida que disminuye la distancia entre ellos, aumenta la atracción . En consecuencia, la fuerza magnética es mayor cuando la distancia es menor.
La velocidad de cambio de un campo magnético
La tensión inducida en un circuito es proporcional a la velocidad de cambio del flujo magnético en el tiempo:
En primer lugar, ten en cuenta que el flujo magnético se define como el número de líneas de campo que pasan por una zona determinada y es una forma de ver el campo magnético total en esa zona. Entonces podemos decir que la tensión inducida en un circuito es propocional a la tasa de cambio del flujo magnético en el tiempo,
\[V\propto\Delta \Phi\]
En otras palabras, cuanto mayor sea la tensión en el circuito, más rápido cambiará el campo magnético. Aquí, la dirección de la corriente viene determinada por la dirección del cambio del campo magnético.
Si queremos aumentar esta tensión,podemos añadir más espiras al circuito. La tensión inducida en una bobina con dos espiras será el doble que en una bobina con una espira, y se triplicará en una bobina con tres espiras. Por eso los motores y generadores tienen muchas espiras.
Una onda de campos eléctricos y magnéticos cambiantes:
Como ya se ha dicho, un campo magnético cambiante induciría un campo eléctrico. Esto significa que un campo magnético creará un campo eléctrico si oscila en función del tiempo. Del mismo modo, un campo eléctrico también producirá un campo magnético si cambia en función del tiempo. En una onda electromagnética, tanto el campo eléctrico como el magnético oscilarán con el tiempo, y uno influirá en el otro para que se desplace.
Los campos eléctrico y magnético cambiantes pueden ilustrarse en la siguiente figura:
Ilustración de una onda electromagnética,Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0
Como puedes ver en la figura anterior, los campos eléctrico y magnético de una onda electromagnética están cambiando. Sin embargo, las ondas eléctricas y magnéticas siempre serán perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación del movimiento.
Campos magnéticos cambiantes - Puntos clave
Si la amplitud del campo magnético cambia con el tiempo, seinducirá un campo eléctrico.
El campo eléctrico inducido inducirá una tensión en el hilo conductor, por lo que pasará una corriente en el hilo.
El campo eléctrico se inducirá aunque no haya ningún hilo conductor. Sin embargo, en este caso no hay corriente inducida.
La tensión inducida en un circuito es proporcional a la velocidad de cambio del flujo magnético en el tiempo.
Enotras palabras, cuanto mayor sea la tensión en el circuito, más rápido cambiará el campo magnético.
La dirección de la corriente viene determinada por la dirección del cambio del campo magnético.
Añadiendo más espiras al circuito, podemos aumentar la tensión.
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