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Fundamentos · 1.º curso (Física II o equivalente)

Electromagnetismo

Campo eléctrico, campo magnético, inducción electromagnética y las ecuaciones de Maxwell. La física que explica por qué funcionan motores, transformadores y líneas.

Electromagnetismo es la parte de la física que estudia las cargas eléctricas, las corrientes y los campos que crean. Para un estudiante de ingeniería eléctrica es la asignatura que explica el porqué: por qué un transformador cambia la tensión, por qué gira un motor o por qué una línea de alta tensión induce corrientes en otra que va paralela.

De qué va

La asignatura recorre un camino lógico:

  1. Electrostática: cargas en reposo, el campo eléctrico que crean y la energía que se almacena en un condensador.
  2. Corriente eléctrica: cargas en movimiento y la resistencia de los materiales.
  3. Magnetostática: las corrientes crean campos magnéticos, y los campos magnéticos ejercen fuerzas sobre las corrientes.
  4. Inducción: un campo magnético que cambia crea una tensión. Es el corazón de casi toda la tecnología eléctrica.
  5. Ecuaciones de Maxwell: cuatro ecuaciones que resumen todo lo anterior y predicen que la luz es una onda electromagnética.

Las ideas clave

La ley de Faraday

ε = −N · dΦ/dt: la tensión inducida en una bobina es proporcional a la rapidez con que cambia el flujo magnético que la atraviesa. El signo negativo es la ley de Lenz: la corriente inducida se opone a la causa que la produce.

De aquí salen el generador (se mueve una bobina en un campo), el transformador (el campo cambia porque la corriente es alterna) y las corrientes parásitas que calientan los núcleos y obligan a hacerlos de chapas.

La ley de Ampère

Relaciona la corriente con el campo magnético que la rodea. Con ella se calcula el campo dentro de un solenoide o de un toroide, que es exactamente lo que hay dentro de una bobina o de un transformador.

Los materiales

En el vacío, la relación entre campo y corriente la fija la permeabilidad μ₀. Los materiales ferromagnéticos, como el acero eléctrico, multiplican el campo miles de veces. Por eso los transformadores y los motores tienen núcleos de hierro.

Cómo aprobarla

  • Haz siempre un dibujo con el sentido de la corriente y del campo. La regla de la mano derecha evita la mitad de los fallos de signo.
  • Antes de usar Gauss o Ampère, busca la simetría: si no la hay, esas leyes no permiten despejar el campo.
  • Relaciónala con lo que verás después: el transformador de Máquinas eléctricas es este mismo problema con números más grandes.

Problema tipo examen

Un solenoide largo, con núcleo de aire, tiene 500 espiras repartidas en 25 cm de longitud y lo recorre una corriente de 2 A. Alrededor de su zona central se enrolla una segunda bobina de 50 espiras. La sección del solenoide es de 4 cm².

a) Calcula el campo magnético (inducción) en el interior del solenoide. b) Si la corriente del solenoide se anula de forma uniforme en 10 ms, ¿qué fuerza electromotriz media se induce en la bobina exterior?

Ver la solución paso a paso

a) Campo en el interior

B = μ₀ · N · I / L = 4π·10⁻⁷ · 500 · 2 / 0,25 ≈ 5,03 · 10⁻³ T (5,03 mT)

b) Fuerza electromotriz inducida

  • Flujo por espira: Φ = B · S = 5,03·10⁻³ · 4·10⁻⁴ ≈ 2,01·10⁻⁶ Wb
  • El flujo pasa de ese valor a cero en 0,01 s.
  • ε = N₂ · ΔΦ / Δt = 50 · 2,01·10⁻⁶ / 0,01 ≈ 10,1 mV

El sentido de la corriente inducida es el que se opone a la disminución del flujo (ley de Lenz): intenta mantener el campo que desaparece. Es el mismo principio que hace funcionar un transformador.

Errores típicos

  • Confundir el flujo magnético (Wb) con la densidad de flujo o inducción (T).

  • Olvidar el signo de la ley de Lenz al razonar el sentido de la corriente inducida.

  • Aplicar la ley de Ampère con una curva sin simetría suficiente para sacar el campo de la integral.

  • Usar la permeabilidad del vacío cuando hay un núcleo de hierro, o al revés.

  • Mezclar centímetros y metros en áreas y longitudes (los cm² pasan a m² dividiendo entre 10 000).

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