Manual conciso de física

Fórmulas para secciones clave

Inducción Electromagnética

el fenómeno de la generación de corriente eléctrica en una espira conductora cerrada cuando el flujo magnético que la atraviesa cambia

1. Acción del Campo Magnético sobre Cargas y Conductores

Fuerza de Lorentz:

Fórmula de la fuerza de Lorentz: F = q·E + q·v×B — fuerza que actúa sobre una partícula cargada en campos eléctricos y magnéticos

F L > = q · v · B · sin ( α )
Explicación

La fuerza actúa sobre una carga q que se mueve con velocidad v en un campo magnético B, con un ángulo α respecto a la dirección del campo. Máxima en α = 90°, ausente en α = 0°.

Fuerza de Ampere:

Fórmula de la fuerza de Ampere: FA = I·l·B·sin(α) — fuerza que actúa sobre un conductor con corriente en un campo magnético, depende de la corriente, la longitud del conductor, la inducción magnética y el ángulo entre ellos

F A > = I · l · B · sin ( α )
Comentario

Fuerza que actúa sobre un conductor de longitud l con corriente I, situado en un campo B con un ángulo α. La dirección se determina por la regla de la mano izquierda.

Momento Magnético de una Espira:

Fórmula del momento magnético de una espira: M = I·S·B·sin(α) — momento que actúa sobre una espira de corriente en un campo magnético, depende de la corriente, el área de la espira, la inducción magnética y el ángulo entre la normal y el campo

M = I · S · B · sin ( α )
Comentario

Momento que actúa sobre una espira de área S con corriente I en un campo magnético B. Asegura la rotación de la espira y es fundamental para el funcionamiento de los motores eléctricos.

2. Características del Campo Magnético

Flujo Magnético:

Fórmula del flujo magnético: Φ = B·S·cos(α) — producto de la inducción magnética, el área de la superficie y el coseno del ángulo entre la dirección del campo y la normal a la superficie

Φ=B·S·cos(α)
Explicación

El flujo magnético Φ es el número de líneas de inducción magnética que atraviesan la superficie S con un ángulo α. Cuanto mayor sea el campo y el área, mayor será el flujo. Máximo en α = 0°.

Intensidad del Campo Magnético:

Fórmula de la intensidad del campo magnético: H = I / (2·π·r) — depende de la intensidad de corriente y la distancia al conductor

H=I2πr
Comentario

La intensidad H depende de la corriente I y la distancia r al conductor. Cuanto más cerca del conductor, más fuerte es el campo. La dirección se determina por la regla de la mano derecha (regla del sacacorchos).

3. Inducción y Autoinducción

FEM de Inducción (Ley de Faraday):

Fórmula de la FEM inducida: εF = –N·ΔΦ/Δt — la fuerza electromotriz es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético a través de la espira

εF=N·ΔΦΔt
Explicación

La FEM surge de un cambio en el flujo magnético a través de una espira. N — número de vueltas, ΔΦ — cambio en el flujo, Δt — intervalo de tiempo. El signo menos refleja la oposición (ley de Lenz).

FEM de Autoinducción:

Fórmula de la FEM autoinducida: ε = –L·ΔI/Δt — fuerza electromotriz que surge de un cambio en la corriente en un circuito, proporcional a la inductancia y la tasa de cambio de corriente

ε=L·ΔIΔt
Comentario

La FEM surge de un cambio en la corriente en un circuito con inductancia L. ΔI — cambio en la intensidad de corriente, Δt — intervalo de tiempo. La autoinducción es el fenómeno de la generación de FEM dentro del propio circuito.

4. Energía del Campo Magnético

Energía a Través de la Corriente:

Fórmula para la energía del campo magnético de una bobina: WM = (L·I²)/2 — energía almacenada en una bobina con inductancia cuando fluye corriente

W M > = L I 2 > 2
Explicación

La energía se acumula en una bobina con inductancia L cuando fluye corriente I. Proporcional al cuadrado de la corriente — similar a la energía cinética en mecánica.

Energía a Través del Flujo Magnético y la Intensidad de Corriente:

Fórmula para la energía del campo magnético: WM = Φ·I / 2 — energía almacenada en una bobina, expresada a través del flujo magnético y la intensidad de corriente

W M > = Φ I 2
Comentario

La fórmula se aplica cuando se conocen el flujo magnético Φ y la corriente I. Proporciona una energía de campo equivalente a través de los parámetros del circuito.

Energía a Través del Flujo Magnético y la Inductancia:

Fórmula para la energía del campo magnético: WM = Φ² / (2·L) — energía almacenada en una bobina, expresada a través del cuadrado del flujo magnético y la inductancia

W M > = Φ 2 > 2 L
Explicación

Útil para cálculos cuando se conocen el flujo del campo y la inductancia. Se aplica en la teoría de la oscilación y en circuitos resonantes.