Ley de Lenz
La ley de Lenz es una forma común de entender cómo los circuitos electromagnéticos obedecen la tercera ley de Newton y la conservación de la energía. La ley de Lenz debe su nombre a Emil Lenz, y dice:
Una fuerza electromotriz (emf) inducida siempre da lugar a una corriente cuyo campo magnético se opone al cambio del flujo magnético original.
La ley de Lenz se muestra con el signo negativo en la ley de inducción de Faraday:
E = - ∂ Φ B ∂ t {\displaystyle {\mathcal {E}}=-{frac {\partial \Phi _{mathrm {B}} {{parcial t}} 
,
que indica que la emf inducida (ℰ) y el cambio de flujo magnético (∂ΦB) tienen signos opuestos.
La emf inducida y la corriente inducida resultante están en sentido contrario a las agujas del reloj cuando B se dirige hacia fuera de la página y el área del circuito está disminuyendo. El flujo a través de este circuito está disminuyendo en la dirección hacia afuera. Ahora la corriente inducida I produce su propio campo magnético, y podemos utilizar la regla de la mano derecha para calcular la dirección de este campo. El resultado es que el campo magnético debido a la corriente inducida también se dirige hacia fuera dentro del circuito. Es como si la naturaleza, a través de este campo inducido, intentara compensar la reducción del flujo debida al campo B aplicado.
La dirección de la emf inducida es siempre tal que resulta en oposición al cambio que la produce.
Esta es la ley de Lenz.
Como otro ejemplo de la aplicación de la ley de Lenz, considere una bobina de alambre a la que se conecta repentinamente una batería. Supongamos que la pila pone en marcha una corriente que fluye en el sentido de las agujas del reloj, visto por el observador. Esta corriente dará lugar a un campo magnético cuyas líneas enhebrarán la bobina y darán la vuelta fuera de ella. Por lo tanto, a medida que la corriente debida a la pila aumenta, hay un flujo magnético cambiante a través de la bobina y esto debe dar lugar a una emf inducida en la bobina. ¿Cuál es la dirección de esta emf inducida? La ley de Lenz nos dice inmediatamente que debe ser en sentido contrario a las agujas del reloj, para oponerse al aumento de la corriente. Del mismo modo, cuando se interrumpe la corriente en un circuito, la emf inducida trata de evitar que la corriente se extinga, lo que explica el chisporroteo observado cuando se abren lentamente los interruptores. La emf inducida en un circuito cuya corriente está cambiando se llama emf de retorno, ya que siempre se opone a la alteración de la corriente. Se origina por el cambio del campo magnético propio de la corriente, efecto que se denomina autoinductancia.
Si la ley de Lenz no fuera cierta, un aumento de la corriente en una bobina daría lugar a una emf que ayudaría a la batería aplicada, lo que aumentaría aún más la corriente, induciendo más emf y más aumentos de la corriente, ad infinitum. Esta sería una situación inestable y en la que se desobedecería el principio de conservación de la energía.
Este tipo de razonamiento puede extenderse a otras situaciones en las que se desplaza
un sistema en equilibrio y el principio al que se llega es el siguiente.
Cuando un sistema en equilibrio es perturbado, el equilibrio se desplaza en la dirección que tiende a deshacer los efectos de la perturbación.
Esta generalización de la ley de Lenz se denomina principio de Le Chatelier.
Lenzs-law-inductor
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.
