Imagine que hay un campo magnético uniforme dirigido al plano del papel (o la pantalla de su computadora), como en la Figura X.1. Supongamos que hay una barra de metal, como en la Figura, y que la barra se mueve constantemente hacia la derecha. Sabemos que, dentro del metal, hay muchos electrones de conducción libre, no unidos a ningún átomo en particular, pero libres de deambular por el interior del metal. A medida que la barra de metal se mueve hacia la derecha, estos electrones de conducción libre también se mueven hacia la derecha y, por lo tanto, experimentan una fuerza de Lorentz (q textbf {v} times textbf {B} ), que los mueve hacia abajo ( recuerde: los electrones tienen carga negativa) hacia el extremo inferior de la barra. Por lo tanto, el movimiento de la barra a través del campo magnético induce una diferencia de potencial a través de los extremos de la barra. Hemos logrado la inducción electromagnética y, visto de esta manera, no hay nada nuevo: la inducción electromagnética no es más que la fuerza de Lorentz sobre los electrones de conducción dentro del metal.
( text {FIGURE X.1} )
Puede especular que, como un avión vuela a través de la Tierra campo magnético, se inducirá una diferencia potencial a través de las puntas de las alas. Puede intentar imaginar cómo podría configurar un experimento para detectar o medir esto. También podría especular que, a medida que el agua de mar fluye por el Canal de la Mancha, se induce una diferencia potencial entre Inglaterra y Francia. También podría preguntarse: ¿Qué pasaría si la varilla estuviera estacionaria y el campo magnético se moviera hacia la izquierda? Esa es una discusión interesante para la hora del almuerzo: ¿Te imaginas el campo magnético moviéndose hacia la izquierda? ¿Quién puede decir si la barra o el campo se están moviendo?
Si de alguna manera conectamos los extremos de la barra de la Figura X.1 a un circuito cerrado, podríamos hacer que fluya una corriente, y entonces habríamos hecho un generador eléctrico. Mire la figura X.2.
( text {FIGURE X.2} )
Imaginamos que nuestra barra de metal se empuja constantemente hacia la derecha a velocidad ( v ), y que está en contacto y se desliza suavemente sin fricción sobre dos rieles a una distancia (a ) de distancia, y que los rieles están conectados a través de una resistencia (R ). Como consecuencia, una corriente (I ) fluye en el circuito en la dirección mostrada, en sentido antihorario. (La corriente, por supuesto, está formada por electrones de conducción negativa que se mueven en el sentido de las agujas del reloj.) Ahora el campo magnético ejercerá una fuerza sobre la corriente en la barra. La fuerza sobre la barra será a ( textbf {I} times textbf {B} ); eso es (aIB ) actuando a la izquierda. Para mantener la varilla en movimiento constante a la velocidad (v ) hacia la derecha contra esta fuerza, el trabajo deberá realizarse a una velocidad (aIBv ). El trabajo se disipará en la resistencia a una velocidad (I , V ) donde (V ) es el EMF inducido. Por lo tanto, el EMF inducido es (Bav ). Pero (av ) es la velocidad a la que aumenta el área del circuito, y (Bav ) es la velocidad a la que aumenta el flujo magnético (B ) a través del circuito. Por lo tanto, el EMF inducido es igual a la tasa de cambio del flujo magnético a través del circuito. Por lo tanto, hemos predicho la ley de Faraday cuantitativamente simplemente a partir de lo que ya sabemos sobre las fuerzas en las corrientes y partículas cargadas en un campo magnético.