Generación de corriente eléctrica por inducción electromagnética

 CENTRO UNIVERSITARIO INTERAMERICANO
FÍSICA II
GENERACIÓN DE CORRIENTE ELÉCTRICA POR INDUCCIÓN ELECTROMAGNÉTICA

La generación de corriente eléctrica siempre requiere el consumo de alguna forma de energía. Hasta la época de Michael Faraday (siglo XIX), sólo la energía química era convertida en energía eléctrica, de manera aprovechable, por medio de las pilas o baterías. Este proceso, sinembargo, no es adecuado para producir cantidades grandes de energía eléctrica, como las que se necesitan para iluminar las ciudades o alimentar las industrias.
En 1831, Michael Faraday descubrió el fenómeno de la Inducción Electromagnética, el cual provocó una verdadera revolución en el estudio del electromagnetismo. Gracias a este descubrimiento fue posible construir los generadores eléctricos,máquinas cuyo funcionamiento se basa en la Inducción Electromagnética, y que transforman una energía mecánica (una caída de agua o la presión generada por una fuente de vapor) en energía eléctrica.

Figura 1 - Esquema de un sistema de generación de energía eléctrica.
El gran científico Michael Faraday, realizando un gran número de experimentos en el siglo XIX, halló que existen varios casosen los que se observa la aparición de una Fuerza Electromotriz inducida en un circuito.


Figura 2 – Corriente inducida en un rollo de alambre por el movimiento de un imán.

En la figura 2 mostramos una situación en la que esto sucede. Al acercar el polo de un imán a una espira de alambre que se encuentra en reposo, se observa que surge una corriente en dicha espira (detectada por elamperímetro). Si se interrumpe el movimiento del imán, dicha corriente desaparece de inmediato, y si alejamos dicho imán, la corriente vuelve a aparecer, pero con sentido contrario al del movimiento anterior. Si una corriente se produce en la espira, ello se debe a la existencia de una Fuerza Electromotriz (causante de dicha corriente).
Entonces, el hecho de que el imán sea acercado o alejado de laespira, hace que en ella surja una Fuerza Electromotriz. Por analogía con la figura 2, Faraday denominó también Fuerza Electromotriz Inducida a esta Fuerza Electromotriz generada en la espira. Observamos también que este experimento de Faraday constituyó un hecho enteramente nuevo, que no podía ser explicado con base en las leyes establecidas anteriormente. Analizando numerosos experimentos similares aéste, Faraday logró descubrir la existencia de un hecho común a todos los casos en que aparece una Fuerza Electromotriz Inducida, y el resultado de sus observaciones quedó expresado en una de las leyes básicas del electromagnetismo: la Ley de Faraday. Dicha ley establece que La corriente eléctrica inducida en un circuito es directamente proporcional a la rapidez con la que cambia el flujomagnético que lo atraviesa.
Con estos conceptos podemos ver que una Fuerza Electromotriz es inducida en un circuito siempre que varía el flujo magnético que lo atraviesa. Ahora veremos cómo se utiliza este principio básico en la construcción de los generadores eléctricos, los cuales son máquinas capaces de producir grandes cantidades de energía eléctrica por inducción electromagnética rotacional (figura3). En este caso, en lugar de mover un imán a través de una espira, moveremos en forma rotacional la espira dentro del campo magnético del imán.

Figura 3 – Espira que gira dentro de un campo magnético.
Un generador funciona, básicamente, con dicha espira girando dentro del campo magnético del imán. Mientras la espira está en rotación, es decir, mientras se mantiene girando, es posiblemantener una variación del flujo magnético a través de ella. Esto se debe a que la inclinación de la espira con respecto al vector B varía continuamente. De modo, pues, que una Fuerza Electromotriz es inducida en dicha espira, generando una corriente que puede ser indicada con un instrumento adecuado de medición. Durante media vuelta de la espira, crece el flujo magnético que pasa a través de ella,...