Ley de Lenz: oposición de la corriente inducida al cambio del flujo magnético
Explica la ley de Lenz: cómo la corriente inducida y la fem se orientan para oponerse al cambio del flujo magnético, su vínculo con la ley de Faraday, la conservación energética y aplicaciones prácticas.
La ley de Lenz describe la dirección de la corriente y de la fuerza electromotriz inducida cuando varía el flujo magnético en un circuito. Nombrada así por Emil Lenz, es una expresión macroscópica del principio de que los fenómenos electromagnéticos respetan la tercera ley de Newton y la conservación de la energía.
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Enunciado
De forma habitual se expresa así: una fuerza electromotriz inducida siempre produce una corriente cuyo campo magnético se opone al cambio del flujo magnético que la genera. En otras palabras, el efecto inducido tiende a reducir la causa que lo produjo.
Relación con la ley de Faraday
La ley de Lenz aparece como el signo negativo en la ley de inducción de Faraday:
La fórmula indica que la fem inducida (ℰ) tiene signo opuesto al cambio temporal del flujo magnético ΦB.
Interpretación física
- Oposición al cambio: la corriente inducida crea su propio campo magnético que intenta contrarrestar el aumento o la disminución del flujo aplicado.
- Conservación de la energía: la ley evita situaciones de ganancia de energía espontánea; de otro modo, una fem que reforzara la fuente externa conduciría a un aumento descontrolado de la corriente, violando la conservación de la energía.
- Dirección de la corriente: la orientación de la corriente inducida puede determinarse con la regla de la mano derecha aplicando la dirección del campo magnético resultante.
Ejemplo: bobina y batería
Si se conecta una batería a una bobina y la corriente en la bobina aumenta, el flujo magnético a través de la bobina también aumenta. Según la ley de Lenz, la fem inducida es de sentido contrario a la variación que la produce; por tanto, se genera una emf inducida que se opone al aumento de la corriente.
Cuando la corriente se interrumpe, la fem inducida actúa para mantenerla temporalmente, lo que explica fenómenos como las chispas al abrir un interruptor. Este comportamiento está asociado a la autoinducción (o autoinductancia) de la bobina y a la energía almacenada en su campo magnético.
Consecuencias y aplicaciones
- Generadores eléctricos y motores: la inducción electromagnética y la ley de Lenz determinan la dirección de corrientes y pares en máquinas eléctricas.
- Transformadores: la oposición entre voltajes inducidos y cambios de flujo es fundamental para el funcionamiento y la regulación de transformadores.
- Frenos por corrientes de Foucault y pérdidas por corrientes parásitas: corrientes inducidas en conductores se oponen a cambios relativos y generan disipación.
- Protección contra transitorios: elementos como diodos y supresores se usan para controlar las fem inducidas al abrir circuitos inductivos.
Estabilidad y generalización
Si la ley de Lenz no se cumpliera, un pequeño aumento de corriente en una bobina podría amplificarse indefinidamente por retroalimentación positiva, creando una inestabilidad energética. El razonamiento es análogo al de sistemas en equilibrio: cuando se perturba un sistema en equilibrio, la respuesta tiende a contrarrestar la perturbación. Esta idea se relaciona con el principio de Le Chatelier, que generaliza la noción de oposición al cambio en distintos contextos físicos y químicos.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la ley de Lenz?
R: La ley de Lenz establece que una fuerza electromotriz (emf) inducida siempre da lugar a una corriente cuyo campo magnético se opone al cambio en el flujo magnético original.
P: ¿Cómo se muestra la ley de Lenz en la ley de inducción de Faraday?
R: En la ley de inducción de Faraday, la ley de Lenz se muestra con el signo negativo, lo que indica que la emf inducida y el cambio en el flujo magnético tienen signos opuestos.
P: ¿En qué dirección fluye la corriente inducida cuando B' se dirige hacia fuera de la página y el área del circuito disminuye?
R: La corriente inducida fluye en sentido antihorario cuando B' se dirige hacia fuera de la página y el área del circuito está disminuyendo.
P: ¿Qué intenta hacer la naturaleza a través de este campo inducido?
R: La naturaleza intenta compensar una reducción del flujo debida a un campo aplicado creando un campo magnético dirigido hacia el exterior dentro de un circuito debido a una corriente inducida.
P: ¿Qué ocurre cuando una pila se conecta de repente a una bobina de alambre?
R: Cuando una pila se conecta repentinamente a una bobina de alambre, inicia una corriente que fluye en el sentido de las agujas del reloj visto por un observador. Esto dará lugar a una emf inducida que irá en sentido contrario a las agujas del reloj según la Ley de Lenz, oponiéndose a cualquier aumento de corriente causado por la conexión.
P: ¿Qué efecto tiene la autoinductancia en los circuitos con corrientes cambiantes?
R: La autoinductancia hace que un aumento de corriente dentro de una bobina dé lugar a una emf que se opone a dicho aumento, evitando así situaciones inestables en las que se violaría la conservación de la energía.
P:¿Qué principio puede extenderse a partir de la Ley de Lenz?
R:La Ley de Lenz puede ampliarse en el Principio de Le Chatelier que establece que cuando se ha perturbado el equilibrio en un sistema, el equilibrio se desplazará para deshacer los efectos causados por esta perturbación.
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Autor
AlegsaOnline.com Ley de Lenz: oposición de la corriente inducida al cambio del flujo magnético Leandro Alegsa
URL: https://es.alegsaonline.com/art/57174
Fuentes
- books.google.com : Electromagnetics explained