Voltaje inducido

El voltaje inducido^{[1] [2] [3] [4]} (mal llamado fuerza electromotriz: FEM) (representado V_ε) es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico. Con carácter general puede explicarse por la existencia de un campo electromotor V_ε cuya circulación, $\int_S\$ V_ε $ds \,$, define el voltaje inducido del generador.

Unidades de medida

El voltaje (también llamado diferencia de potencial o tensión) se define como el trabajo que el generador realiza para pasar por su interior la unidad de carga positiva del polo negativo al positivo, dividido por el valor en Culombios de dicha carga, esto es: Julios/Culombio. Normalmente se mide en voltios (V) que equivale a julios por culombio (J/C), pero estas son unidades derivadas del sistema internacional. En el sistema internacional sus unidades básicas son metro cuadrado por kilogramo partido por segundo al cubo por amperio: m²·kg·s^-3·A^-1

Justificación y causa

Esto se justifica en el hecho de que cuando circula esta unidad de carga por el circuito exterior al generador, desde el polo positivo al negativo, es necesario realizar un trabajo o consumo de energía (mecánica, química, etcétera) para transportarla por el interior desde un punto de menor potencial (el polo negativo al cual llega) a otro de mayor potencial (el polo positivo por el cual sale).

Por lo que queda que:

$P = \frac {R}{A} \,\!$

Relación con otras partes de la física

Se relaciona con la diferencia de potencial $V \,\!$ entre los bornes y la resistencia interna $r \,\!$ del generador mediante la fórmula $E = V + I r \,\!$ (el producto $Ir \,\!$ es la caída de potencial que se produce en el interior del generador a causa de la resistencia ohmica que ofrece al paso de la corriente). El V_ε de un generador coincide con la diferencia de potencial en circuito abierto.

Fórmulas matemáticas

El voltaje inducido (o de inducción) en un circuito cerrado es igual a la variación del flujo de inducción $\phi \,$ del campo magnético que lo atraviesa en la unidad de tiempo, lo que se expresa por la fórmula V_ε $\ = \frac {\Delta \Phi}{\Delta t} \,\!$ (Ley de Faraday). A esta ley se le añade un signo "-" que indica que el sentido del V_ε inducido es tal que se opone al descrito por la ley de Faraday. A pesar de que lo único que cambia es el signo, esta "nueva" ley recibe el nombre de Ley de Lenz: (V_ε $\ = - \frac {\Delta \Phi}{\Delta t} \,\!$).

Cuando los cambios en el flujo son infinitamente pequeños y suceden en intervalos de tiempo también infinitamente pequeños tenemos que la Ley de Faraday es:

V_ε $\ = \frac {d\Phi}{dt} \,\!$

Y por consiguiente la Ley de Lenz queda como:

V_ε $\ = - \frac {d\Phi}{dt} \,\!$

Aplicaciones prácticas

La aplicación más importante del movimiento relativo se ve en los generadores eléctricos. En un generador de corriente, los electroimanes están dispuestos en una carcasa cilíndrica. Los conductores, en forma de bobinas, se rotan sobre un núcleo de tal manera que las bobinas continuamente cortan las líneas de campo magnético. El resultado es un voltaje inducido en cada uno de los conductores. Estos conductores están conectados en serie, y los voltajes inducidos se suman para producir voltaje de salida del generador.

Toda central capaz de producir energía eléctrica, independientemente de la fuente de la que provenga, utiliza estas leyes físicas. También, la ley es útil a la inversa, es decir, a partir de energía eléctrica se puede producir movimiento, un claro ejemplo son los motores eléctricos. Esto es posible debido a la simple relación entre la diferencia de potencia y el trabajo.

W = - ΔV_ab

Esta ley no es especifica del V_ε. Cualquier cambio en el voltaje, ya sea inducido o no, puede generar trabajo. Y cualquier trabajo puede generar una diferencia de potencial (recuérdese que diferencia de potencial, voltaje y tensión son sinónimos).

¿Por qué el termino FEM ya no se usa?

La palabra "fuerza" en el nombre "fuerza electromotriz" es una palabra inapropiada:

"Fuerza electromotriz" resultó ser una elección desafortunada de palabras que aún hoy está con nosotros 160 años después de su aparición. En toda la física el término fuerza está reservado a la acción mecánica en la materia ponderable y se mide en unidades llamadas Newton. Por fortuna este término, ya en desuso y obsoleto está desapareciendo. En vigor el voltaje inducido se mide en unidades de voltios y causa la separación de carga.

Véase también

• Ley de Faraday
• Ley de Lenz
• Diferencia de potencial
• Voltio
• Newton
• Unidades eléctricas

Referencias

1. ↑ Introducción al análisis de circuitos Robert L. Boylestad - 2004.
2. ↑ Física‎ Raymond A. Serway - 2001
3. ↑ Máquinas eléctricas y sistemas de potencia‎ Rodolfo Navarro Salas - 2007
4. ↑ Neal Graneau (2006). In the grip of the distant universe. World Scientific. p. 191.