Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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¿Qué es la ley de Lenz?
La ley de inducción electromagnética de Lenz establece que la dirección de la corriente inducida en un conductor por un campo magnético cambiante (según la ley de inducción electromagnética de Faraday ) es tal que el campo magnético creado por la corriente inducida se opone al campo magnético cambiante inicial que lo produjo. . La dirección de este flujo de corriente viene dada por la regla de la mano derecha de Fleming .
Esto puede ser difícil de entender al principio, así que veamos un problema de ejemplo.
Recuerde que cuando una corriente es inducida por un campo magnético, el campo magnético que produce esta corriente inducida creará su propio campo magnético.
Este campo magnético siempre será tal que se oponga al campo magnético que lo creó originalmente.
En el siguiente ejemplo, si el campo magnético «B» aumenta, como se muestra en (1), el campo magnético inducido actuará en oposición a él.
Cuando el campo magnético «B» está disminuyendo, como se muestra en (2), el campo magnético inducido actuará nuevamente en oposición a él. Pero esta vez «en oposición» significa que está actuando para aumentar el campo, ya que se opone a la tasa de cambio decreciente.
La ley de Lenz se basa en la ley de inducción de Faraday. La ley de Faraday nos dice que un campo magnético cambiante inducirá una corriente en un conductor .
La ley de Lenz nos dice la dirección de esta corriente inducida, que se opone al campo magnético cambiante inicial que la produjo. Esto se indica en la fórmula de la ley de Faraday con el signo negativo (‘-‘).
Este cambio en el campo magnético puede ser causado por el cambio de la fuerza del campo magnético moviendo un imán hacia o lejos de la bobina, o moviendo la bobina dentro o fuera del campo magnético.
En otras palabras, podemos decir que la magnitud de la EMF inducida en el circuito es proporcional a la tasa de cambio de flujo .
Fórmula de la ley de Lenz
La ley de Lenz establece que cuando un EMF es generado por un cambio en el flujo magnético de acuerdo con la Ley de Faraday, la polaridad del EMF inducido es tal que produce una corriente inducida cuyo campo magnético se opone al campo magnético cambiante inicial que lo produjo.
El signo negativo utilizado en la ley de inducción electromagnética de Faraday indica que el EMF inducido (ε) y el cambio en el flujo magnético (δΦ B ) tienen signos opuestos. La fórmula de la ley de Lenz se muestra a continuación:
Dónde:
- ε = fem inducida
- δΦ B = cambio en el flujo magnético
- N = No de vueltas en bobina
Ley de Lenz y conservación de la energía
Para obedecer a la conservación de la energía, la dirección de la corriente inducida a través de la ley de Lenz debe crear un campo magnético que se oponga al campo magnético que lo creó. De hecho, la ley de Lenz es una consecuencia de la ley de conservación de la energía.
¿Por qué preguntas? Bueno, hagamos como si no fuera el caso y veamos qué pasa.
Si el campo magnético creado por la corriente inducida está en la misma dirección que el campo que lo produjo, entonces estos dos campos magnéticos se combinarían y crearían un campo magnético más grande.
Este campo magnético combinado más grande, a su vez, induciría otra corriente dentro del conductor dos veces la magnitud de la corriente inducida original.
Y esto, a su vez, crearía otro campo magnético que induciría otra corriente. Etcétera.
Entonces podemos ver que si la ley de Lenz no dictara que la corriente inducida debe crear un campo magnético que se oponga al campo que lo creó, entonces terminaríamos con un ciclo de retroalimentación positiva sin fin, rompiendo la conservación de energía (ya que efectivamente estamos creando una fuente de energía inagotable).
La ley de Lenz también obedece a la tercera ley del movimiento de Newton (es decir, para cada acción siempre hay una reacción igual y opuesta).
Si la corriente inducida crea un campo magnético que es igual y opuesto a la dirección del campo magnético que lo crea, entonces solo ella puede resistir el cambio en el campo magnético en el área. Esto está de acuerdo con la tercera ley del movimiento de Newton.
Explicación de la ley de Lenz
Para comprender mejor la ley de Lenz, consideremos dos casos:
Caso 1 : Cuando un imán se mueve hacia la bobina.
Cuando el polo norte del imán se acerca a la bobina, aumenta el flujo magnético que se une a la bobina. De acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday, cuando hay un cambio en el flujo, un EMF y, por lo tanto, se induce corriente en la bobina y esta corriente creará su propio campo magnético.
Ahora, de acuerdo con la ley de Lenz, este campo magnético creado se opondrá al suyo o podemos decir que se opone al aumento de flujo a través de la bobina y esto es posible solo si el lado de la bobina que se aproxima alcanza la polaridad norte, como sabemos que los polos similares se repelen entre sí.
Una vez que conocemos la polaridad magnética del lado de la bobina, podemos determinar fácilmente la dirección de la corriente inducida aplicando la regla de la mano derecha. En este caso, la corriente fluye en sentido antihorario.
Caso 2 : cuando un imán se aleja de la bobina
Cuando el polo norte del imán se aleja de la bobina, el flujo magnético que une a la bobina disminuye. De acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday, se induce un EMF y, por lo tanto, una corriente en la bobina y esta corriente creará su propio campo magnético.
Ahora, de acuerdo con la ley de Lenz, este campo magnético creado se opondrá al suyo o podemos decir que se opone a la disminución del flujo a través de la bobina y esto es posible solo si el lado de la bobina que se aproxima alcanza la polaridad sur, ya que sabemos que los polos diferentes se atraen entre sí.
Una vez que conocemos la polaridad magnética del lado de la bobina, podemos determinar fácilmente la dirección de la corriente inducida aplicando la regla de la mano derecha. En este caso, la corriente fluye en el sentido de las agujas del reloj.
Tenga en cuenta que para encontrar las direcciones del campo magnético o la corriente, utilice la regla del pulgar de la mano derecha, es decir, si los dedos de la mano derecha se colocan alrededor del cable de modo que el pulgar apunte en la dirección del flujo de corriente, entonces el rizado de los dedos se mostrar la dirección del campo magnético producido por el cable.
La ley de Lenz se puede enunciar de la siguiente manera:
- Si el flujo magnético Ф que une una bobina aumenta, la dirección de la corriente en la bobina será tal que se opondrá al aumento de flujo y, por lo tanto, la corriente inducida producirá su flujo en una dirección como se muestra a continuación (usando el pulgar derecho de Fleming regla)
- Si el flujo magnético Ф que une una bobina está disminuyendo, el flujo producido por la corriente en la bobina es tal que ayudará al flujo principal y, por lo tanto, la dirección de la corriente es la que se muestra a continuación.
Aplicaciones de la ley de Lenz
Las aplicaciones de la ley de Lenz incluyen:
- La ley de Lenz se puede utilizar para comprender el concepto de energía magnética almacenada en un inductor . Cuando se conecta una fuente de fem a través de un inductor, comienza a fluir una corriente a través de él. La fem trasera se opondrá a este aumento de corriente a través del inductor. Para establecer el flujo de corriente, la fuente externa de fem tiene que trabajar un poco para superar esta oposición. Este trabajo puede ser realizado por la fem se almacena en el inductor y se puede recuperar después de quitar la fuente externa de fem del circuito.
- Esta ley indica que la fem inducida y el cambio de flujo tienen signos opuestos que proporcionan una interpretación física de la elección del signo en la ley de inducción de Faraday.
- La ley de Lenz también se aplica a los generadores eléctricos. Cuando se induce una corriente en un generador, la dirección de esta corriente inducida es tal que se opone y provoca la rotación del generador (según la ley de Lenz) y, por lo tanto, el generador requiere más energía mecánica. También proporciona fem trasera en el caso de motores eléctricos .
- La ley de Lenz también se utiliza en estufas de inducción y frenado electromagnético.
Ley estatal de Lenz
La ley de Lenz establece que la dirección de la corriente inducida en un conductor por un campo magnético cambiante es tal que el campo magnético creado por la corriente inducida se opone al campo magnético cambiante inicial que lo produjo.
La ley de Lenz lleva el nombre del científico alemán HFE Lenz en 1834. La ley de Lenz obedece a la tercera ley del movimiento de Newton (es decir, a cada acción siempre hay una reacción igual y opuesta) y a la conservación de la energía (es decir, la energía no puede ser creada ni destruida y por lo tanto, la suma de todas las energías del sistema es una constante).
