Corrientes Inducidas

Significado de corriente inducida

Antes de entrar en el significado de una corriente inducida, debemos comprender el proceso de inducción electromagnética y cómo se produce. Cuando tenemos un campo magnético, una de las propiedades del campo magnético es su flujo. Éste se define como sigue.

Debido al movimiento del imán o a una reducción de la intensidad del campo magnético, el flujo magnético de un imán puede cambiar con el tiempo. Este cambio en el flujo magnético provoca el fenómeno de la inducción electromagnética.

Además, también podemos definir la fuerza electromotriz en relación con la diferencia de potencial de la siguiente manera.

Esta fuerza electromotriz presente en el material conductor hace que fluya la corriente, lo que da lugar a una corriente inducida.

Fórmula de la corriente inducida

En primer lugar, consideremos la fórmula del flujo magnético de un campo. Viene dada por

\[ \Phi_{\text{B}} = \int \vec{B} \cdot \mathrm{d} \vec{A} ,\]

donde \( \Phi_{\text{B}} es el flujo magnético de un campo magnético medido en weber (\(\mathrm{Wb}\)), \(\vec{B}\) es el vector del campo magnético medido en unidades de teslas (\(\mathrm{T}\)), y \(\mathrm{d} \vec{A}\) es el vector del área infinitesimal medido en \(\mathrm{m^2}\). A partir de la ecuación, el producto punto pone de manifiesto que sólo estamos considerando la componente del campo magnético perpendicular al área.

Ahora que hemos definido el flujo magnético, podemos definir la ecuación de la inducción electromagnética de la siguiente manera

\[ \varepsilon = - \frac{\mathrm{d} \Phi_{texto{B}}{\mathrm{d} t}, \]

donde \(\varepsilon\) es la fuerza electromotriz inducida medida en voltios \(\mathrm{V}\), \(\Phi_{text{B}}) es el flujo magnético medido en webers \(\mathrm{Wb}\), y \(t\) es el tiempo medido en segundos \(\mathrm{s}\). Esta ley se rige por dos leyes: La ley de Faraday y la ley de Lenz. La primera determina la magnitud de la fuerza electromotriz inducida, mientras que la segunda determina la dirección de la corriente inducida.

Veamos un ejemplo en el que utilizamos nuestra fórmula de inducción electromagnética.

Dirección de la corriente inducida

Como ya hemos mencionado brevemente, la dirección de la fuerza electromotriz inducida en la inducción electromagnética se determina mediante la ley de Lenz.

Fig. 3 - Cuando el imán entra en el tubo, experimenta una fuerza ascendente debido a la ley de Lenz.

Refiriéndonos a la figura anterior, consideremos un imán que se deja caer a través de un tubo hecho de material conductor. Al caer el imán, se produce una corriente inducida en el material de aluminio. Al circular la corriente a través de él, el propio tubo genera su propio campo magnético. Sin embargo, esta vez, la dirección del campo magnético es opuesta a la del imán que cae por el tubo. Para determinar si la corriente que circula por el tubo es en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario, podemos utilizar la regla de la mano derecha.

Para utilizar este método, dobla los dedos de la mano derecha como si estuvieras encerrando un tubo. La dirección de tus dedos debe seguir la dirección de la corriente inducida. A continuación, extiende el pulgar; la dirección en la que apunta el pulgar indica el polo norte del conductor, ya que la corriente ha convertido esencialmente al conductor en un imán. Como sabemos que el conductor debe repeler al imán que cae, esto significa que el polo norte del conductor debe apuntar hacia arriba para repeler al imán que cae con un polo similar. Apuntando con el pulgar hacia arriba, comprobamos que la curvatura resultante de nuestros dedos es en el sentido contrario a las agujas del reloj, que es la dirección de la corriente inducida en el tubo. Esto repele el polo norte del imán para que no caiga en el tubo, creando así una fuerza opuesta que reduce la aceleración.

La regla de la empuñadura derecha también puede utilizarse para determinar la dirección del campo magnético generado por una corriente que circula por un alambre. En este caso, el pulgar señala la dirección de la corriente, mientras que la dirección de los dedos indica la curvatura del campo magnético generado.

Diferencia entre corriente y corriente inducida

La corriente normal se produce cuando tenemos un circuito típico configurado con una fuente de alimentación conectada a una resistencia. Si nos fijamos en la siguiente figura, tenemos un circuito conectado con corriente convencional \(I\) fluyendo a través de las resistencias debido a la fuente de alimentación.

Fig. 5 - Montaje de un circuito estándar con corriente convencional fluyendo a través de los componentes y los cables.

Por otro lado, una corriente inducida se genera a partir de un flujo magnético cambiante externo. Como hemos visto antes, pueden darse ejemplos de corriente inducida cuando un imán cae a través de un tubo conductor o un imán se mueve junto a un material conductor. Ejemplos de las aplicaciones de la corriente inductiva se ven en los cargadores inalámbricos y en las cocinas de inducción.

Corrientes inducidas geomagnéticamente

Un ejemplo a gran escala de fuerzas inducidas son las corrientes inducidas geomagnéticamente, también denominadas GIC. Al igual que los imanes tienen sus propios campos magnéticos circundantes, nuestra Tierra también tiene un enorme campo magnético que rodea el globo. Este campo se genera por la convección del calentamiento radiactivo en el núcleo de nuestra Tierra. Así, nuestro polo norte y nuestro polo sur se comportan exactamente igual que los polos norte y sur de un imán.

Los cambios en el campo magnético circundante de la Tierra están provocados por fenómenos meteorológicos espaciales, como el viento solar. Las fluctuaciones del campo se comportan como un imán en movimiento, cambiando el flujo del campo magnético con el tiempo. Por tanto, cualquier material conductor en la superficie de la Tierra, como las redes o las tuberías, tendrá una corriente inducida en ellas como resultado del cambio de campo. Esto puede afectar negativamente a la maquinaria y causar daños en las transmisiones eléctricas.