«La prueba más convincente de la conversión del calor en trabajo, se ha derivado de mis experimentos con el motor electromagnético, una máquina compuesta de imanes y barras de hierro puesta en marcha por una batería eléctrica». - James Prescott Joule

La ciencia del electromagnetismo es uno de los campos del saber más importantes. El electromagnetismo es fundamental para las aplicaciones prácticas en la industria y para nuestro conocimiento de la estructura física del universo.

Quizás nunca te hubieras dado cuenta, pero sin el electromagnetismo no podríamos transportar ni generar electricidad. Simplemente no sería posible. No podríamos conseguir las enormes cantidades de electricidad que necesitamos en todo el país y en cada uno de nuestros hogares. Piensa en ello cuando enciendas la luz, pongas la cafetera o veas la televisión.

Por otro lado, el electromagnetismo, esa curiosa superposición de electricidad y magnetismo, forma los vínculos del universo. Esta es la razón por la que no podemos afirmar que alguien «ha inventado» el electromagnetismo: más bien, fue descubierto y calculado para ser la fuerza que mantiene unidas las diferentes partes del átomo. Además, es el responsable de los compuestos químicos y también es la fuerza que produce la luz.

El electromagnetismo, por lo tanto, está presente en todas partes. No obstante, en este artículo en particular, analizaremos el fenómeno conocido como inducción electromagnética, es decir, la producción de fuerza electromotriz a través de la presencia de un campo magnético cambiante.

No te preocupes si no te queda del todo claro, porque a continuación, haremos un pequeño repaso por la ciencia para comprender este proceso tan asombroso.

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¿En qué consiste el electromagnetismo?

Empecemos por definir a qué hace referencia el electromagnetismo.

Conceptos básicos de física
Es fundamental entender el electromagnetismo.

Empecemos por el magnetismo

Ya sabes lo que es el magnetismo, ¿verdad? En la naturaleza, encontramos algunos materiales que son magnéticos, lo que se traduce en que ejercen una fuerza magnética, mientras que hay otros materiales que no lo son. En esos materiales magnéticos (aquellos materiales que siguen siendo magnéticos más allá de un campo magnético externo se denominan imanes permanentes o materiales ferromagnéticos), los electrones aislados se encuentran alineados, lo que significa que ejercen una fuerza en una dirección particular.

En los materiales no magnéticos, esto no ocurre de la misma manera, ya que los electrones están todos emparejados o completamente al azar.

Estos materiales ferromagnéticos, como el hierro o el níquel, son magnéticos al azar o porque han estado en contacto con un campo magnético. Aunque parezca un tema alucinante, no son tan útiles como los electroimanes, por ejemplo, que se pueden encender y apagar y que son mucho más potentes.

Y eso que los imanes potentes ofrecen múltiples posibilidades.

¿Y el electromagnetismo?

Por su parte, hablando de electroimanes, estos son imanes alimentados por una corriente eléctrica.

La propia electricidad tiene una fuerza magnética. Y aunque está presente incluso en un simple cable de cobre, y en todas las minúsculas medidas de carga eléctrica en cada átomo y enlace químico, los científicos han descubierto diferentes formas de hacer que esa fuerza sea mucho más fuerte.

Por lo general, los electroimanes usan bobinas de alambre, y cada bobina se enrolla alrededor de una pieza de metal, que suele ser hierro. Esto es lo que se conoce como solenoide. Cuando hay una corriente eléctrica que fluye a través de este cable, el campo magnético producido se centra en el núcleo magnético, la pieza de metal en el centro del solenoide. Estos electroimanes son súper fuertes y, tan pronto como se corta la corriente eléctrica, el solenoide deja de magnetizarse.

Por lo tanto, un electroimán es en realidad un imán muy fuerte. Sin embargo, esta combinación particular de electricidad y magnetismo es increíblemente útil. Una de sus aplicaciones más importantes es la inducción electromagnética: la producción de fuerza electromotriz (o voltaje inducido) a través del movimiento de un campo magnético.

Estos imanes producen electricidad. ¿Entiendes por qué podrían ser útiles?

¡Consulta nuestra guía sobre magnetismo y electromagnetismo para saber más!

Una breve historia sobre la inducción electromagnética

¿Cómo funcionan los campos magnéticos?
Diagrama de un campo magnético.

Para explicar mejor el proceso y la importancia de la inducción electromagnética, retrocedamos brevemente en su historia. Volvamos a los primeros experimentos que la vieron nacer, allá por la década de 1830.

Por aquel entonces, ya teníamos el electroimán de herradura, gracias a la invención de William Sturgeon, y ya sabíamos que las corrientes eléctricas ejercían una fuerza magnética propia, debido a los hallazgos de Ampere y Oersted.

Sin embargo, fue un hombre llamado Michael Faraday quien descubrió los principios de la inducción electromagnética, cuando realizó un pequeño experimento que se publicó en 1831.

Michael Faraday

Michael Faraday es considerado uno de los científicos más influyentes de la historia con su trabajo sobre el magnetismo, donde demuestra cómo esta fuerza puede afectar los rayos de luz, por ejemplo. Sin embargo, su experimento más influyente fue el que descubrió la inducción electromagnética.

Faraday tomó un anillo de hierro y, con dos piezas diferentes de alambre, envolvió las bobinas alrededor de los lados opuestos. Al pasar una corriente eléctrica a través de uno de los trozos de cable, esperaba ver algún tipo de carga eléctrica o efecto en el segundo trozo de cable.

Por lo tanto, conectó este segundo trozo de cable a un galvanómetro, una máquina que mide las cargas eléctricas. De este moodo, cuando encendió y apagó la batería en el primer cable, el galvanómetro mostró una carga eléctrica. Esto, según Faraday, se debía al flujo magnético que pasaba por el centro del anillo.

A modo de aclaración, solo se produjo una corriente eléctrica cuando cambió el campo magnético. Solo en los momentos en que encendió la batería y la apagó, vio un cambio en el galvanómetro. En otras ocasiones, el galvanómetro no llegó a mostrar nada.

Esta es la razón por la que en otro de sus experimentos deslizó una barra magnética dentro y fuera de una bobina de alambre. En este caso, con el movimiento, se observó la misma carga eléctrica en el galvanómetro.

Ley de Faraday y ecuaciones de Maxwell

Aunque Faraday fue quien hizo el trabajo práctico, sus resultados no fueron recibidos con mucho entusiasmo, ya que no demostró sus hallazgos en términos matemáticos.

Fue James Clerk Maxwell quien, treinta años después, describió matemáticamente lo que Faraday había demostrado. Las ecuaciones de Maxwell dieron nombre a estas leyes que describen lo que sucede en la inducción electromagnética.

Campos magnéticos e inducción
Los electroimanes producen grandes campos magnéticos.

¿Cómo funciona la inducción electromagnética?

Pero, ¿qué es exactamente lo que descubrió Faraday? La importancia de su descubrimiento reside en el hecho de que los cambios en los campos magnéticos pueden inducir corrientes eléctricas.

Como sabemos, las corrientes eléctricas tienen un campo magnético. En esto consisten precisamente los solenoides. Sin embargo, como hizo Faraday, si haces interactuar ese campo magnético con otro imán, el potencial o voltaje de la corriente eléctrica cambia.

Si mueves un imán de este tipo dentro y fuera de una bobina, sentirás un poco de resistencia. Pero con esta resistencia se produce el flujo de corriente. Acelera el movimiento del imán y la corriente inducida aumentará; fortalece el campo magnético y verás que también sucede lo mismo.

De esta manera, los imanes se pueden usar para convertir la energía cinética en energía eléctrica, ya que al mover el imán, fluye la corriente. Así es precisamente como funcionan algunos aparatos como los generadores, que generan electricidad mediante el movimiento de un imán en un campo magnético.

Quizás ahora entiendas por qué fue un descubrimiento tan importante.

¿Cómo utilizamos la inducción electromagnética?

Para aclarar aún más este fenómeno, echemos un vistazo a una de las principales tecnologías en las que se pone en práctica la inducción electromagnética.

Se trata de los generadores eléctricos, presentes en todos los ámbitos de nuestra vida, por increíble que pueda parecer. Desde centrales eléctricas, en las que se queman combustibles, para alimentar el campo magnético, hasta automóviles y motores diminutos en todo tipo de equipos; los generadores eléctricos están presentes en todas partes.

Generadores eléctricos

Los generadores eléctricos funcionan produciendo un campo magnético en el que se mueven otras bobinas magnetizadas.

Los automóviles, por ejemplo, usan un generador de corriente alterna (o alternador) para asegurarse de que la batería está siempre cargada. Con la corriente alterna, la corriente inducida se mueve en direcciones alternas, de ahí el nombre.

Imagina un campo magnético en un espacio cerrado. En el centro de este espacio hay una bobina de alambre giratoria por la que pasa una corriente. Como puedes imaginar, habrá interacción y resistencia entre la bobina de alambre (con su propio campo magnético) y el campo magnético general del generador.

A medida que un lado de la bobina giratoria se mueve hacia arriba, se induce una corriente positiva. A medida que retrocede, ocurre lo contrario. De este modo, tendrás una corriente que cambia constantemente.

En un generador de corriente continua, hay un mecanismo que hace que los movimientos que suceden en el campo magnético se inviertan, por lo que no hay alternancia.

¿Por qué utilizar corriente alterna?

La corriente alterna está mucho más presente en los aparatos eléctricos, ya que es mucho más fácil de transportar que la continua y, además, puede aumentar el voltaje con una pequeña corriente.

Sin embargo, dado este alto voltaje, necesita transformadores para que esta corriente sea utilizable.

¿Qué es la inducción electromagnética?
Transformadores eléctricos, corriente continua, corriente alterna... Conceptos clave para entender la inducción electromagnética.

Si quieres saber más sobre transformadores... ¿Por qué no lees nuestro artículo sobre este tema?

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Valeria Superprof

Superprofe, comunicóloga y apasionada del estilo de vida.