Ley de Faraday
La ley de Faraday establece que la variación del flujo magnético a través de un circuito induce en él una fuerza electromotriz.
La ley de Faraday de la inducción electromagnética establece que una variación del flujo magnético que atraviesa un circuito genera en él una fuerza electromotriz (fem). Es el principio que hace funcionar los generadores, los transformadores y buena parte de la red eléctrica. Faraday formuló además dos leyes de la electrólisis, que se tratan al final.
¿Qué dice la ley de Faraday?
En 1831, el físico y químico británico Michael Faraday comprobó que al mover un imán dentro de una bobina aparecía una corriente en el cable, aunque no hubiera pila alguna. Descubrió que lo importante no era el imán en sí, sino que el campo magnético que atraviesa el circuito cambiase con el tiempo. Un imán quieto dentro de la bobina no produce corriente.
Se llama flujo magnético (Φ) a la cantidad de campo magnético que atraviesa una superficie. Para un campo uniforme B sobre una espira de área A, con un ángulo θ entre B y la normal a la superficie:
Su unidad es el weber (Wb), igual a 1 T·m². La ley de Faraday-Lenz afirma que la fem inducida en una bobina de N espiras es:
En forma diferencial, ε = −N·dΦ/dt. La fem se mide en voltios (V). El signo negativo es la ley de Lenz: la corriente inducida circula en el sentido que se opone a la variación del flujo que la produce. Es una consecuencia de la conservación de la energía.
Formas de variar el flujo
Como Φ depende de B, de A y del ángulo, hay tres maneras de inducir una fem:
- Cambiar el campo B: acercar o alejar un imán, o variar la corriente de un electroimán.
- Cambiar el área A: deformar la espira o desplazar una parte móvil del circuito.
- Cambiar el ángulo θ: girar la espira dentro del campo, como hace un alternador.
Cuando una varilla conductora de longitud L se desplaza a velocidad v perpendicular a un campo B, se induce entre sus extremos la fem de movimiento:
Aplicaciones
- Generadores y alternadores: una turbina hace girar bobinas en un campo magnético y produce corriente alterna. Es la base de la energía eléctrica de centrales hidráulicas, térmicas y eólicas.
- Transformadores: la variación de la corriente en el primario induce tensión en el secundario y permite subir o bajar el voltaje.
- Cocinas de inducción: campos variables inducen corrientes en el fondo metálico de la olla y lo calientan.
- Carga inalámbrica y micrófonos dinámicos: aprovechan la inducción entre bobinas o entre bobina e imán.
- Frenos magnéticos: las corrientes inducidas frenan sin contacto, según la ley de Lenz.
Es una pieza central del electromagnetismo, junto con el campo magnético y las propiedades de los imanes. En un fenómeno emparentado, la jaula de Faraday usa la redistribución de cargas en un conductor para apantallar campos eléctricos.
Las leyes de Faraday de la electrólisis
En electroquímica, Faraday enunció otras dos leyes que relacionan la carga eléctrica con la masa de sustancia depositada en un electrodo:
- La masa depositada es proporcional a la carga que atraviesa la cuba.
- Para una misma carga, las masas depositadas de distintas sustancias son proporcionales a sus equivalentes químicos.
Aquí Q = I·t es la carga en culombios, M la masa molar (g/mol), z el número de electrones intercambiados por ion y F = 96 485 C/mol la constante de Faraday.
Ejercicios resueltos
1. Una bobina de 200 espiras ve cómo el flujo que la atraviesa pasa de 0 a 0,02 Wb en 0,5 s. ¿Qué fem media se induce?
ε = −N·ΔΦ/Δt = −200 · 0,02 / 0,5 = −8 V. El módulo es 8 V; el signo indica que se opone a la variación.
2. Una espira de 10 cm² está perpendicular a un campo de 0,5 T. Se retira el campo hasta 0 en 0,1 s. ¿Qué fem se induce?
A = 10 cm² = 1 · 10⁻³ m². ΔΦ = 0 − 0,5 · 1 · 10⁻³ = −5 · 10⁻⁴ Wb. ε = −ΔΦ/Δt = 5 · 10⁻⁴ / 0,1 = 5 · 10⁻³ V (5 mV).
3. Una varilla de 0,5 m se mueve a 4 m/s perpendicular a un campo de 0,2 T. ¿Qué fem aparece entre sus extremos?
ε = B·L·v = 0,2 · 0,5 · 4 = 0,4 V.
4. Por una cuba de sulfato de cobre (Cu²⁺) pasa una corriente de 2 A durante 1930 s. ¿Qué masa de cobre se deposita? (M = 63,5 g/mol)
Q = I·t = 2 · 1930 = 3860 C. m = Q·M/(F·z) = 3860 · 63,5 / (96 485 · 2) = 1,27 g.
Preguntas frecuentes
¿Qué dice la ley de Faraday en palabras sencillas?
Que si cambia el flujo magnético a través de un circuito, aparece en él una tensión eléctrica. Cuanto más rápido es el cambio y más espiras tiene la bobina, mayor es esa tensión.
¿Qué significa el signo negativo de la fórmula?
Es la ley de Lenz: la corriente inducida crea un campo que se opone al cambio de flujo que la origina. Garantiza que se conserve la energía.
¿Por qué un imán quieto no genera corriente en una bobina?
Porque el flujo es constante y su derivada respecto al tiempo es cero. Para inducir fem el flujo debe variar.
¿Cuál es la diferencia entre la ley de Faraday y la ley de Lenz?
Faraday da la magnitud de la fem inducida; Lenz determina su sentido. Juntas se expresan en una sola fórmula con el signo negativo.
¿Quién descubrió la inducción electromagnética?
Michael Faraday la demostró en 1831 en Londres. El estadounidense Joseph Henry observó el fenómeno de forma independiente casi al mismo tiempo.
Referencias
- Tipler, P. A. y Mosca, G. Física para la ciencia y la tecnología. Reverté.
- Griffiths, D. J. Introduction to Electrodynamics. Cambridge University Press.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
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Equipo de Conceptualia. (2026). «Ley de Faraday». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/ley-de-faraday/
