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Explicación Física de la Experiencia de Henry de Electromagnetismo: Inducción Electromagnética.

EXPLICACIÓN FÍSICA DE LA EXPERIENCIA DE HENRY, DE PRODUCCIÓN DE CORRIENTES INDUCIDAS, VARIANDO LA SUPERFICIE EXPUESTA AL CAMPO MAGNÉTICA EN UN CIRCUITO:

Explicación Física de la experiencia de Henry, en la que cuando se mueve un conductor perpendicularmente a un campo magnético, entre sus expremos aparece una diferencia de potencial que puede dar lugar a una corriente eléctrica:

La experiencia de Henry es la siguiente:

Nos centraremos en el próximo dibujo, en el que está representado un trozo de conductor. El proceso es complicado, así que atención:

Si nos fijamos en el dibujo, un trozo del conductor está representado por el rectángulo gris, que está dentro de una región en la que hay un campo magnético que está dirigido perpendicularmente al dibujo y hacia adentro (marcado por cruces rojas –X-). Desplazamos el conductor hacia la derecha con una velocidad constante v (en verde).

Como consecuencia del movimiento del conductor (que está dentro de un campo magnético), los electrones (cargas negativas) que lo constituyen se verán sometidos a una fuerza magnética, descrita por la Ley de Lorentz:

Que según el esquema propuesto está dirigida hacia abajo del conductor, tal y como indica el dibujo (flecha azul) por las propiedades del producto vectorial de velocidad y campo magnético para cargas negativas.

Esta Fuerza Magnética hace que los electrones se desplacen hacia la parte inferior, produciendo un exceso de carga negativa en la parte inferior y como consecuencia un exceso de carga positiva en la superior. Debido a esa distribución desigual de cargas aparece un campo eléctrico en el conductor dirigido de la zona de carga positiva a la zona de carga negativa (indicado en el dibujo mediante la flecha naranja).

Sabemos que en una zona donde hay un campo eléctrico, las cargas se ven afectadas por una fuerza eléctrica:

Como las cargas en este caso son electrones, cargas negativas, la fuerza estará dirigida en sentido contrario al campo, esto es, hacia la parte superior, de sentido contrario a la fuerza magnética.

Cuando las fuerzas igualan sus módulos se produce una situación de equilibrio y ya no hay más distribución desigual de cargas y el campo eléctrico que se ha generado en esta realidad tiene el valor:

Sabemos por otro lado que un campo eléctrico a lo largo de un conductor genera una diferencia de potencial dada por:

Que dado que ∆x=L, la longitud del conductor:

Teniendo en cuenta que:

 

Nos queda que:

Nuestro conductor móvil hace las veces de generador. Si suponemos que su resistencia interna es nula, la diferencia de potencial entre sus extremos es la fuerza electromotriz inducida del circuito.

Que es precisamente el mismo resultado al que se llega aplicando la Ley de Faraday- Lenz para el cálculo de la fuerza electromotriz inducida cuando varía la superficie de la espira:

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