Al entrar en un centro comercial/sala de cine/aeropuerto/estación de tren, es posible que se enfrente a un guardia de seguridad con un detector de metales en la mano para un control de seguridad. Es posible que también haya utilizado una tarjeta de crédito/débito para pagar las facturas deslizándola en una máquina llamada lector de tarjetas. Es posible que también haya visto el generador de CA. Todos estos trabajos sobre el principio de la ley de Lenz. Hablaremos sobre la ley de Lenz en este artículo.
Inducción electromagnética: es el fenómeno de producción de fem inducida debido al cambio de flujo magnético (número de líneas de campo magnético) conectado a un circuito cerrado que se denomina inducción electromagnética.
¿Qué es la ley de Lenz?
Lenz afirma que la dirección de la corriente inducida en un circuito es tal que se opone al cambio en el flujo magnético. El de Lenz lleva el nombre del físico alemán “Emil Lenz”, quien lo formuló en 1834.
Es una ley científica que especifica la dirección de la corriente inducida pero no establece nada acerca de su magnitud. El flujo magnético conectado al circuito cerrado amplifica el flujo de corriente inducida de tal manera que crea un flujo magnético en dirección opuesta al flujo magnético original. El flujo magnético conectado a un circuito cerrado reduce el flujo de corriente inducida en tal dirección que el flujo magnético se produce en la dirección de la corriente original.
La fórmula de la Ley de Lenz se establece como,
E= -N(d∅/dt)
Aquí el signo negativo indica que la dirección de la fem inducida es tal que se opone al cambio en el flujo magnético).
Ilustración 1:
Como se muestra en la figura de arriba, cuando el polo norte un imán de barra se mueve hacia la bobina, la corriente inducida en la bobina fluye en sentido contrario a las agujas del reloj, cuando lo vemos desde el lado del imán. La cara de la bobina desarrolla polaridad norte. Como sabemos, ese mismo polo se repele, por lo que se repele el polo norte-polo norte. Entonces, se opone al movimiento del polo norte de un imán.
Conclusión: el movimiento del imán aumenta el flujo a través de la bobina y la corriente inducida generará flujo en la dirección opuesta.
Ilustración 2:
Como se muestra en la figura, cuando el polo norte de un imán de barra se retira de la bobina, la corriente inducida en la bobina fluye en el sentido de las agujas del reloj. La cara de la bobina desarrolla polaridad sur. Sabemos que los polos opuestos se atraen. Entonces, el polo norte y la polaridad sur se atraen entre sí.
Conclusión: El movimiento del imán disminuye el flujo a través de la bobina. El flujo se genera en la misma dirección por la corriente inducida, por lo tanto, se opone y aumenta el flujo.
Los usos importantes de la ley de Lenz son:
- El sistema de frenado en los trenes.
- generadores de corriente alterna
- Equilibrio de la corriente de Foucault
- Detector de metales
- Micrófonos
- Medidor dinámico actual de Eddy
- Lector de tarjetas
La ley de Lenz y la Ley de Conservación de la Energía
La ley de Lenz es una consecuencia de la ley de conservación de la energía. La ley de conservación de la energía establece que la energía no se puede crear ni destruir, pero se puede cambiar de una forma a otra. La ley de Lenz establece que la dirección de la corriente es tal que se opone al cambio en el flujo magnético. Por lo tanto, se requiere un esfuerzo adicional para trabajar contra las fuerzas opuestas. Este trabajo adicional conduce a cambios periódicos en el flujo magnético, por lo que se induce más corriente. Por lo tanto, el esfuerzo adicional se convierte solo en energía eléctrica, que no es más que la ley de conservación de la energía.
El flujo magnético aumenta a medida que el polo norte del imán se acerca a él y disminuye a medida que se aleja en la actividad anterior. En el primer escenario, oponerse a la causa implica mover el imán, y la cara que mira hacia la bobina gana Polaridad Norte. El polo norte del imán y el polo norte de la bobina se repelen. Para contrarrestar la fuerza de repulsión, se debe realizar una acción mecánica para acercar el imán a la bobina. Esta energía mecánica se transforma en energía eléctrica. Debido al efecto Joule, esta energía eléctrica se convierte en energía térmica.
Cuando el imán se aleja de la bobina, la cara más cercana de la bobina obtiene la polaridad sur. En este caso, la fem producida se opondrá al movimiento hacia afuera del imán. Para resistir la fuerza de atracción entre el polo norte del imán y el polo sur de la bobina, se debe realizar nuevamente trabajo mecánico. Este trabajo se transforma en energía eléctrica.
No se realiza trabajo mecánico si el imán no se mueve, por lo tanto, no se induce fem en la bobina.
Como resultado, la Ley de Lenz es consistente con la ley de conservación de la energía.
Leyes de inducción electromagnética de Faraday:
Primera ley: Establece que siempre que el flujo magnético está vinculado con un cambio de circuito cerrado, se induce una fem en él que dura solo mientras se produce el cambio de flujo. Si el circuito está cerrado, la corriente también se induce dentro del circuito, lo que se denomina «Corriente inducida».
Los campos magnéticos pueden ser cambiados por:
- Mover una barra magnética hacia o desde la bobina.
- Mover la bobina dentro del campo magnético o fuera del campo magnético.
- Rotación de la bobina en relación con el imán.
- Cambiar el área de una bobina colocada en el campo magnético.
Segunda ley: Establece que la magnitud de la fem inducida es igual a la tasa de cambio del flujo magnético vinculado con el circuito cerrado.
|∈| = dⲫ/dt
E = -N dⲫ/dt
E = -N (ⲫ2-ⲫ1)/t ⇢ («t» es tiempo)
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: ¿Cuál es el resultado de la ley de Lenz?
Responder:
La ley de Lenz es una consecuencia de la ley de conservación de la energía.
Pregunta 2: ¿Qué sucederá si se invierte la ley de Lenz?
Responder:
La corriente inducida produciría un flujo en la misma dirección en el cambio original.
Pregunta 3: ¿Cómo se usa la ley de Lenz en la vida real?
Responder:
La ley de Lenz se utiliza en los frenos electromagnéticos de los trenes. También se aplica en generador eléctrico, generador de CA.
Pregunta 4: Un circuito cerrado normalmente se mueve en un campo eléctrico estático entre las placas de un capacitor grande. ¿Cuál es la cantidad de corriente producida cuando este capacitor está completamente dentro de la región entre las placas?
Responder:
La corriente no puede ser inducida cambiando el flujo eléctrico. Entonces, no se produce corriente cuando está completamente dentro de la región entre la placa del capacitor.
Pregunta 5: ¿Diferencia entre la ley de Faraday y la ley de Lenz?
Responder:
La ley de Lenz establece la dirección de una corriente inducida.
La ley de Faraday establece que la magnitud de la fem inducida en un circuito es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético.
Pregunta 6: ¿Qué ley se usa para encontrar la dirección de la corriente en un generador de CA?
Responder:
La ley de Lenz se usa para encontrar la dirección de la corriente en un generador de CA.
Pregunta 7: ¿Qué ley se usa para encontrar la dirección de la corriente de Foucault?
Responder:
Como sabemos que la corriente de Foucault también se opone al cambio en el flujo magnético, la dirección viene dada por la ley de Lenz.
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Artículo escrito por 69406930ravi y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA