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.
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.
