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Ley de Faraday | Inducción electromagnética

Michael Faraday era un científico del siglo XVIII, descubridor de la inducción electromagnética. Esta fue la ley más conocida que enunció Faraday, en la que demostraba que el voltaje inducido es directamente proporcional a la velocidad con la que cambia el flujo magnético que atraviesa una superficie con el circuito como borde.

Ley de Faraday | Inducción electromagnética Faraday_generador disco

¿Quién fue Faraday?

Michael Faraday (1791-1867) fue un brillante físico y químico del Reino Unido, cuyos principales aportes a la ciencia fueron la inducción electromagnética o la electrólisis.

Adquirió su gusto por leer y por las investigaciones a los 14 años, cuando trabajó de encuadernador de libros en Londres. Fue en esa época cuando Faraday adquirió gran entusiasmo con todo lo que tuviera que ver con fenómenos eléctricos.

michael faraday
Las aplicaciones e importancia que han tenido los descubrimientos de Faraday en numerosos campos de la actualidad le han convertido en uno de los científicos más importantes de la historia, hasta el punto de que Albert Einstein tenía un retrato suyo de cabedera, junto con el de Isaac Newton.

Ley de Faraday | Inducción electromagnética

Es algo así como la parte contraria al trabajo de William Sturgeon, que ideó el electroimán. En este caso, se provoca un campo magnético debido a un flujo de corriente eléctrica. En cuanto cesa la corriente, cesa el campo magnético.

Así es que la Ley de Faradayinducción electromagnética, enuncia que el voltaje inducido en un circuito cerrado resulta directamente proporcional a la velocidad con que cambia en el tiempo el flujo magnético que atraviesa una dada superficie con el circuito haciendo de borde.

Es decir, la fuerza electromagnética inducida en cualquier circuito cerrado es igual al negativo de la velocidad del tiempo del flujo magnético encerrado por el circuito.

La Ley de Faraday predice cómo interaccionarán los campos magnéticos con los circuitos eléctricos para producir fuerzas electromagnéticas, o inducción electromagnética. Un principio fundamental operando en los transformadores, inductores y otros motores eléctricos o generadores.

Aplicaciones de la Ley de Faraday o inducción electromagnética

experimento inducción

En el caso que nos ocupa, provocamos variaciones en el flujo magnético que provoca una fuerza electromotriz, manteniendo una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto. Con esto, podemos provocar una corriente eléctrica.

Matemáticamente se expresa como indicamos en la ecuación de arriba. Gracias al trabajo de Michael Faraday se desarrollaron la mayor parte de las máquinas, hasta algo tan cotidiano como una vitrocerámica de inducción. Como vemos, la variabilidad del campo magnético está dado por la derivada (si el campo es constante, la derivada es cero y no se provoca fuerza electromotriz alguna).

Otra aplicación importante es la creación de motores eléctricos, que transforman la energía eléctrica en mecánica, diferenciándose así de los motores químicos, que transforman el poder calorífico del combustible en energía mecánica. Además, los motores eléctricos tienen mayor rendimiento.

Otros descubrimientos de Faraday

Michael Faraday es principalmente conocido por su teoría de la inducción electromagnética, pero realizó otros descubrimientos con importantes aplicaciones prácticas en la actualidad, por ejemplo la electrólisis.

La electrólisis fue en realidad descubierta por William Nicholson en el año 1800, pero fue Michael Faraday quien perfeccionó sus teorías y las puso en común, elaborando la Ley de la Electrólisis de Faraday.

electrolisis faraday
Se podría definir la electrólisis como un proceso que separa los diferentes elementos de un compuesto gracias a la electricidad. Para ello, se sumergen en el compuesto dos electrodos con carga opuesta: a uno se le conoce como ánodo y al otro como cátodo. Cada uno de estos electrodos atrae a los iones de carga opuesta. Para aumentar la concentración y separar los iones de los electrodos se utiliza la energía proporcionada por la corriente eléctrica.

La electrólisis del agua no destilada es hoy en día un proceso muy utilizado en diversos ámbitos, por ejemplos para la cloración de piscinas. Cada vez más piscinas utilizan sal, la cual se transforma en cloro mediante la electrólisis.

La Jaula de Faraday

El experimento conocido como jaula de Faraday es el más popular que se asocia a este inventor. La jaula de Faraday es, en esencia, una caja metálica que aísla y protege a cualquier cosa que esté en su interior de las descargas eléctricas y los campos eléctricos estáticos, dado que en su interior el campo eléctrico es nulo. Este experimento está muy vinculado a las investigaciones de Faraday en el campo electromagnético que hemos mencionado con anterioridad, dado que se estudia el efecto por el cual se vuelve nulo el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio.

Jaula de Faraday
Esto se produce a causa de la polarización, un proceso por el cual aparecen dos ámbitos mutuamente cargados. Esto significa que, cuando el conductor elegido se encuentra vinculado a un campo electromagnético externo, se produce una carga positiva en un extremo y una negativa en el otro, por lo que se anulan en el punto en el que entran en contacto, formando una suerte de vacío protegido en dicho punto. Aplicando dicho razonamiento, Faraday hizo un experimento en 1836 que todavía tiene muchas aplicaciones en el día de hoy, pues sus principios se utilizan mucho en el ámbito aeroespacial o a la hora de proteger diversos tipos de aparatos eléctricos en lugares donde existen muchos cambios en el ámbito electromagnético a causa de diversos fenómenos meteorológicos, como pueden ser las tormentas, por ejemplo.

El proceso tiene el siguiente desarrollo. Una caja metálica se introduce dentro de un campo eléctrico ajeno a ella. En ese momento, los protones (cargas positivas) se colocan en posición de red, mientras que los electrones, que son cargas fundamentalmente negativas, se mueven en sentido contrario. Eso hace que uno de los sectores de la caja solo tenga una carga negativa, mientras que el otro lado la tiene positiva. Ambas se anulan, por lo que el centro de la caja acaba teniendo una carga nula, manteniéndose protegido en su interior cualquier objeto eléctrico, que no se verá afectado por ninguna de las dos cargas que pugnan inútilmente por el dominio. Sin embargo, la jaula solo protege al objeto que hay en su interior de la influencia del campo eléctrico externo, pues se ha constatado que otros tipos de influencias electromagnéticas, como la electricidad estática o la propia influencia magnética de la Tierra, por citar dos ejemplos muy característicos, siguen funcionando en el interior de la jaula de Faraday. Sin embargo, pese a estas excepciones, la jaula de Faraday protege y aísla prácticamente por completo a los objetos que se encuentran en su interior.

Jaula de Faraday aluminio
La jaula de Faraday tiene muchas aplicaciones prácticas, como ya hemos indicado en las líneas anteriores. Sin embargo, para terminar con este apartado, vamos a finalizar presentando algunas de las más curiosas. Por ejemplo, en el año 2013 se utilizaron los principios de la Jaula de Faraday para aislar la Capilla Sixtina durante la celebración del cónclave en el que se eligió al actual papa Francisco I, de forma que se pudiera evitar cualquier injerencia exterior o la utilización de cualquier aparato electrónico que pudiera acabar con el secretismo que rodeaba a este proceso.

Asimismo, la jaula de Faraday se encuentra presente en muchas actuaciones tanto de ladrones como de los equipos de seguridad que actúan contra ellos. Esto ocurre porque sus principios son utilizados por las personas que roban objetos electrónicos en las tiendas para evitar ser descubiertos, dado que una bolsa recubierta con papel de aluminio actúa como una suerte de jaula de Faraday, aislando al producto que se encuentra en su interior y evitando así que dispare las alarmas de seguridad. Esta es la razón por la que los expertos en seguridad están estudiando cuidadosamente este proceso con el objetivo de crear nuevos sistemas que logren hacer saltar las alarmas cuando se aplique este principio con fines ilícitos.

Sin embargo, sus principios también tienen usos más cotidianos. Probablemente habrás mirado millones de veces a través del cristal de tu microondas, sin darte cuenta de que este funciona básicamente como una jaula de Faraday que contiene la energía electromagnética y que evita que tenga algún tipo de influencia en el exterior. Los principios vinculados a la jaula de Faraday están muy presentes en la vida cotidiana moderna y muchas de las cosas de las que disfrutamos con asiduidad actualmente serían imposibles sin este increíble invento.

Video

Mirad en este video cómo funciona la Ley de Faraday con un ejemplo práctico.

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