Dentro de un cilindro hueco abierto por su extremo superior tenemos un clavo de hierro que se puede mover libremente dentro del cilindro. En el extremo superior abierto del cilindro colocamos un imán. Imán y clavo están a una distancia suficiente como para no atraerse y moverse por ello. De repente dejamos caer el conjunto, liberados de ligaduras tanto el cilindro como el clavo (aunque éste estuviera en contacto con la base del cilindro). Rápidamente, el conjunto clavo-cilindro cae solidario pues el clavo es atraído al imán provocando la unión de ambos. ¿Por qué? El cilindro con el imán sufre dos fuerzas a favor de la caída (peso y fuerza de atracción magnética) mientras que el clavo sufre el peso a favor de la caída y la fuerza de atracción magnética en sentido opuesto a la caída. Tras un tiempo, las aceleraciones de ambos se diferencian lo suficiente como para acercarse durante la caída y unirse.
Los antagónicos campos eléctrico y magnético. Ni contigo ni sin ti
Las líneas de campo eléctrico son abiertas, las del magnético, cerradas. El campo electrostático es conservativo, el magnetostático no. El campo magnético responde a la regla de la mano derecha respecto de la corriente fuente, el eléctrico es radial desde la carga fuente. Una variación temporal de campo eléctrico (bien porque se mueva la carga o por otra razón) produce un campo magnético (no magnetostático). Una variación temporal de campo magnético produce un campo eléctrico (no electrostático).
Rizando el rizo en Electromagnetismo
Oersted encontró que el paso de corriente producía un campo magnético. En busca de la reciprocidad, Faraday se preguntó si lo contrario sería cierto, es decir, si un campo magnético produciría una corriente eléctrica. Y así es cuando el campo magnético es variable. Pero fue Maxwell el que terminó por demostrar el acoplamiento simétrico entre campos eléctrico y magnético variables, por la incompatibilidad de la Ley de Ampere cuando se aplica a una de las placas de un condensador en un circuito eléctrico. La «corriente» de desplazamiento completaba la Ley de Ampere cuyo origen era la variación temporal de un campo eléctrico.
Variación con el tiempo del flujo magnético
El flujo magnético (número de líneas de campo que atraviesan una superficie) puede depender explícitamente del tiempo. La ley de Lenz-Faraday nos dice que, si existe una variación temporal del flujo magnético, aparece una fuerza electromotriz que se opone a dicha variación. Pero, ¿de cuántas maneras puede cambiar el flujo magnético? El flujo, como integral del producto escalar del campo magnético y del elemento infinitesimal de superficie, puede variar bien porque el campo varía con el tiempo, o que la superficie a través de la que se computa el flujo varía en dimensiones o se mueve o que la orientación relativa entre campo y superficie variase. En realidad, todos estos efectos pueden ocurrir a la vez.
Conductor lineal móvil bajo la acción de un campo magnético estacionario
Hay que matizar que no es necesaria la existencia explícita de un circuito cerrado para que se dé inducción magnética. Una varilla conductora móvil bajo la acción de un campo magnético estacionario sufrirá inducción. Siempre se puede suponer que el circuito es el formado por la varilla y un polímetro conectado a ambos extremos para medir la propia intensidad inducida. Entonces, ¿qué es lo que cambia en este caso con respecto al caso de un conductor cerrado? La superficie sobre la que integrar para obtener el flujo magnético sería la superficie barrida por la varilla en su movimiento hasta un instante t, colocando los correspondientes límites de integración en la integral de superficie. Por ejemplo, si la varilla se mueve uniformemente con una velocidad v en la dirección x, la integración en una de las dimensiones de la superficie barrida será de x0 a x0+vt. Por otro lado, este tipo de problemas también se puede resolver sin aplicar la Ley de Lenz-Faraday. Como es sabido, el campo eléctrico no conservativo para el caso arriba descrito sería v×B (producto vectorial) conforme la Ley de Lorentz. Si aplicamos la definición de fuerza electromotriz como la circulación del campo eléctrico (total) que exista sobre el circuito cerrado (varilla+polímetro), se llega a que la fuerza electromotriz será igual a la integral de línea de v×B a lo largo de la varilla puesto que en el resto del circuito no existe ningún campo eléctrico.