Leyes de Faraday

¿Qué es la Ley de Faraday?

La variación del flujo magnético a través de la superficie de un circuito, provoca una corriente inducida y esto implica la presencia de una fuerza electromotriz (inducida) que la produce.

Fórmula de la ley de Faraday

Según la ley de Faraday-Neumann, el valor de la fuerza electromotriz inducida es igual a la relación entre la variación del flujo del campo magnético y el tiempo necesario para que se produzca esta variación:

$$F.E.M=-\frac{\Delta \phi }{\Delta t}$$

Esta relación entre el f.e.m. inducido en la vuelta de una espiral (o espira) y la variación del flujo del vector B concatenado con la espira tiene validez general: en cualquier circuito inmerso en un campo magnético, siempre que el flujo (Φ) del campo magnético B, a través de la superficie delimitada por el circuito, varíe en el tiempo, se genera un f.e.m. igual a ΔФ / Δt. Si la variación del flujo es producida por la misma corriente variable que recorre el circuito, hablamos de f.e.m. autoinducida.

Considerando un circuito con resistencia eléctrica R, la intensidad de la corriente inducida vendrá dada por la siguiente relación:

$$V=I\cdot RI=\frac{-\frac{\Delta \phi }{\Delta t}}{R}=-\frac{\Delta \phi }{\Delta t\cdot R}$$

$$i=-\frac{1}{R}$$

En resumen, la rapidez con la que varía el flujo del campo magnético a través del circuito afecta a la intensidad de la corriente inducida. Esta será tanto más intensa cuanto más rápida sea la variación del flujo. Por lo tanto, para tener corrientes de mayor intensidad será conveniente, por ejemplo, utilizar bobinas en lugar de espiras simples.

Características del principio de Faraday

Existen diferentes tipos de fuerzas que sufren las cargas cuando se mueven dentro de un campo magnético. Como sabemos, la presencia de corriente que circula por un hilo conductor genera un campo magnético visible a partir de la rotación de una aguja magnética (en el experimento de Oersted); incluso, un campo magnético tiene efectos sobre un hilo portador de corriente, como demuestra el experimento de Faraday con hilos paralelos.

Fig. 1: Michael Faraday.

Ley de Faraday de la inducción electromagnética

En los casos de producción de corriente inducida, se genera en la espira una fuerza electromotriz inducida equivalente a la fuerza electromotriz de la pila, que deberíamos introducir en la espira para producir, en ausencia del fenómeno de inducción electromagnética, una corriente de intensidad igual a la de la corriente inducida.

¿Qué es la electrólisis?

La electrólisis es un fenómeno en el cual las disoluciones electrolíticas se reducen o se oxidan tras el paso de corriente eléctrica. Esta oxidación y reducción no es espontánea, por lo que requiere el paso de corriente eléctrica a través de los electrodos que están sumergidos en la disolución. Así, los iones presentes son atraídos hacia los electrodos de signo contrario.

¿Qué es una celda electrolítica?

Una celda electrolítica es una celda que contiene una disolución unida por electrodos a través de los cuales pasa corriente eléctrica; es decir, donde se produce la electrólisis. En el cátodo, el electrodo negativo atrae los iones positivos que aceptan electrones; mientras que en el ánodo, el electrodo positivo atrae los iones negativos que ceden electrones. Ambas sustancias se transforman en compuestos neutros que se depositan en el electrodo respectivo.

El número de electrones que se cede y aceptan depende de la estequiometría. Es posible determinar la masa de los depósitos que se forman a partir de la carga eléctrica que pasa por los electrodos, y el tipo de ion considerado.

Fig. 2: Ejemplo de una célula electrolítica. Imagen tomada de: Wikimedia Commons.

Las leyes de Faraday y sus fórmulas

Te dejamos esta tabla de resumen con las fórmulas de las leyes de Faraday para que te queden más claras.

Tabla 1. Leyes de Faraday: Resumen de la primera y segunda ley de Faraday y sus fórmulas.

Veamos un ejemplo:

¿Cuáles son las aplicaciones de las leyes de Faraday en la química?

Las leyes de Faraday son esenciales en la electrólisis y cobran gran importancia en la industria química, porque permiten extraer metales puros mediante la refinación electrolítica. También, permiten el electroformado o electrodeposición, que consiste en el recubrimiento de metales con otros metales para evitar la corrosión.

Además, en la vida cotidiana, se aplican las leyes de Faraday en prácticamente toda la tecnología eléctrica, ya que la inducción electromagnética permite la transmisión de carga eléctrica.