¿Qué es la Ley Lenzs?
La ley de Lenz de inducción electromagnética afirma 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 el inducido actualse opone a el campo magnético cambiante inicial que lo produjo. La dirección de este flujo de corriente viene dada por La regla de la mano derecha flamenca.
Esto puede ser difícil de entender al principio, así que veamos un ejemplo del problema. Recuerden que cuando una corriente es inducida por un campo magnético, el campo magnético que esta corriente inducida produce creará su propio campo magnético. Este campo magnético siempre será tal que se opone a el campo magnético que lo creó originalmente. En el siguiente ejemplo, si el campo magnético B aumenta como se muestra en (1) el inducido el campo magnético actuará en oposición a él.
Cuando el campo magnético B está disminuyendo como se muestra en (2) el inducido el campo magnético volverá a actuar en oposición a él. Pero esta vez en oposición significa que actúa 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 director. La ley de Lenz nos dice que la dirección de esta corriente inducida, que se opone a el campo magnético cambiante inicial que lo produjo. Esto se significa en la fórmula de la ley de Faraday por el signo negativo ().
Este cambio en el campo magnético puede ser causado por el cambio de la intensidad del campo magnético al mover un imán hacia o desde la bobina, o al mover la bobina hacia o desde el campo magnético. En otras palabras, podemos decir que la magnitud del CEM inducido en el circuito es proporcional a la tasa de cambio de flujo.
Fórmula de la Ley de Lenzs
La ley de Lenzs afirma que cuando un CEM es generado por un cambio en flujo magnético Según la Ley de Faraday, la polaridad del CEM inducido es tal, que produce una corriente inducida cuyo campo magnético se opone al campo magnético cambiante inicial que lo produjo
El signo negativo usado en la ley de inducción electromagnética de Faraday, indica que el CEM inducido () y el cambio en el flujo magnético (B) tienen signos opuestos. La fórmula de la ley de Lenzs se muestra a continuación:
Dónde:
- = Inducido emf
- B = cambio en el flujo magnético
- N = No de vueltas en la bobina
La Ley de Lenzs y la 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 lo preguntas? Bueno, hagamos como si no fuera así y veamos qué pasa.
Si el campo magnético creado por la corriente inducida es de la misma dirección que el campo que la produjo, entonces estos dos campos magnéticos se combinarían y crearían un campo magnético mayor. Este campo magnético mayor combinado induciría, a su vez, otra corriente dentro del conductor del doble de la magnitud de la corriente inducida original.
Y esto, a su vez, crearía otro campo magnético que induciría otra corriente. Y así sucesivamente. Así que podemos ver que si la ley de Lenz no dictó que la corriente inducida debe crear un campo magnético que se opone a el campo que lo creó entonces terminaríamos con un bucle de retroalimentación positiva sin fin, rompiendo la conservación de la energía (ya que estamos creando efectivamente una fuente de energía sin fin).
La ley de Lenz también obedece a la tercera ley de movimiento de Newtons (es decir, a cada acción siempre hay una reacción igual y opuesta). Si la corriente inducida crea un campo magnético igual y opuesto a la dirección del campo magnético que la crea, entonces sólo ella puede resistir el cambio del campo magnético en el área. Esto está de acuerdo con la tercera ley de movimiento de Newtons.
Explicación de la Ley de Lenzs
Para entender 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, el flujo magnético que se une a la bobina aumenta. Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, cuando hay un cambio en el flujo, se induce un CEM y por lo tanto una corriente en la bobina y esta corriente creará su propio campo magnético.
Ahora, de acuerdo con La ley de Lenzs, este campo magnético creado se opondrá al suyo propio o podemos decir que se opone al aumento del flujo a través de la bobina y esto sólo es posible si al acercarse al lado de la bobina alcanza la polaridad norte, ya que 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 la dirección contraria a las agujas del reloj.
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 se une a la bobina disminuye. Según la ley de inducción electromagnética de Faraday, se induce un CEM y por lo tanto una corriente en la bobina y esta corriente creará su propio campo magnético.
Ahora bien, según la ley de Lenz, este campo magnético creado se opondrá al suyo propio o podemos decir que se opone a la disminución del flujo a través de la bobina y esto sólo es posible si al acercarse al lado de la bobina alcanza la polaridad sur, ya que sabemos que los polos disímiles 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.
Observe que para encontrar las direcciones del campo magnético o de la corriente, utilice la regla del pulgar de la mano derecha, es decir, si los dedos de la mano derecha se colocan alrededor del alambre de manera que el pulgar apunte en la dirección del flujo de corriente, entonces el rizado de los dedos mostrará la dirección del campo magnético producido por el alambre.
La ley de Lenzs puede enunciarse de la siguiente manera:
- Si el flujo magnético que une una bobina aumenta, la dirección de la corriente en la bobina será tal que se opondrá al aumento del flujo y por lo tanto la corriente inducida producirá su flujo en una dirección como se muestra a continuación (usando la regla del pulgar derecho de Flemings)
- Si el flujo magnético 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 como se muestra a continuación.
Aplicaciones de la Ley de Lenzs
Las aplicaciones de la ley de Lenzs incluyen:
- La ley de Lenz puede ser usada para entender el concepto de energía magnética almacenada en un inductor. Cuando una fuente de EMF se conecta a través de un inductor, una corriente comienza a fluir a través de él. La EMF trasera se opondrá a este aumento de la corriente a través del inductor. Para establecer el flujo de corriente, la fuente externa de EMF tiene que hacer un trabajo para superar esta oposición. Este trabajo puede ser realizado por el emf se almacena en el inductor y puede ser recuperado después de eliminar la fuente externa de emf del circuito
- Esta ley indica que la EMF 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 (como de acuerdo con la ley de Lenz) y por lo tanto el generador requiere más energía mecánica. También proporciona emf de vuelta en caso de motores eléctricos.
- La ley de Lenz también se utiliza en los frenos electromagnéticos y en las cocinas de inducción.
Ley de Lenzs del Estado
La ley de Lenzs 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 la produjo.
La Ley de Lenz lleva el nombre del científico alemán H. F. E. Lenz en 1834. La ley de Lenz obedece a la tercera ley de movimiento de Newtons (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).
