La llei de Lenz de l'inducció electromagnètica: Definició i fórmula
Què és la Llei de Lenz?
La llei de Lenz de l'inducció electromagnètica estableix que la direcció de la corrent induïda en un conductor per un camp magnètic que canvia (segons la llei de Faraday de l'inducció electromagnètica) és tal que el camp magnètic creat per la corrent induïda oposa l'oposició al camp magnètic inicial que ho va produir. La direcció d'aquest flux de corrent es dóna segons la regla de la mà dreta de Fleming.
Això pot ser difícil d'entendre al principi—per tant, mirem un exemple.
Recorda que quan una corrent és induïda per un camp magnètic, el camp magnètic que aquesta corrent induïda produeix crearà el seu propi camp magnètic.
Aquest camp magnètic sempre serà tal que oposa el camp magnètic que originalment el va crear.
En l'exemple a continuació, si el camp magnètic "B" està augmentant – com es mostra en (1) – el induït camp magnètic actuarà en oposició a ell.
Quan el camp magnètic "B" està disminuint – com es mostra en (2) – el induït camp magnètic tornarà a actuar en oposició a ell. Però aquesta vegada "en oposició" significa que està actuant per augmentar el camp – ja que s'està oposant a la disminució de la taxa de canvi.
La llei de Lenz es basa en la llei de Faraday de l'inducció. La llei de Faraday ens diu que un camp magnètic que canvia induirà una corrent en un conductor.
La llei de Lenz ens indica la direcció d'aquesta corrent induïda, la qual oposa el camp magnètic inicial que ho va produir. Això es reflecteix en la fórmula de la llei de Faraday amb el signe negatiu (‘–’).
Aquest canvi en el camp magnètic pot estar causat per canviar la força del camp magnètic movent un imant cap a o lluny de la bobina, o movent la bobina dins o fora del camp magnètic.
D'altra banda, podem dir que la magnitud de la FEM induïda en el circuit és proporcional a la taxa de canvi de flux.
Fórmula de la Llei de Lenz
La llei de Lenz estableix que quan una FEM és generada per un canvi en flux magnètic segons la Llei de Faraday, la polaritat de la FEM induïda és tal, que produeix una corrent induïda el camp magnètic de la qual oposa el camp magnètic inicial que ho va produir.
El signe negatiu utilitzat en la llei de Faraday de l'inducció electromagnètica indica que la FEM induïda (ε) i el canvi en el flux magnètic (δΦB) tenen signes oposats. La fórmula de la llei de Lenz es mostra a continuació:
On:
ε = FEM induïda
δΦB = canvi en el flux magnètic
N = Nombre de voltes de la bobina
Llei de Lenz i Conservació de l'Energia
Per obeir la conservació de l'energia, la direcció de la corrent induïda mitjançant la llei de Lenz ha de crear un camp magnètic que oposi el camp magnètic que el va crear. De fet, la llei de Lenz és una conseqüència de la llei de conservació de l'energia.
Per què és així, et preguntaràs? Bé, deixem de suposar que no fos així i veiem què passa.
Si el camp magnètic creat per la corrent induïda és en la mateixa direcció que el camp que el va produir, aquests dos camps magnètics es combinarien i crearien un camp magnètic més gran.
Aquest camp magnètic combinat més gran, a la seva vegada, induiria una altra corrent dins del conductor, amb una magnitud el doble de la corrent induïda original.
I això, a la seva vegada, crearía un altre camp magnètic que induiria una altra corrent. I així successivament.
Així doncs, si la llei de Lenz no dictaminés que la corrent induïda hagués de crear un camp magnètic que oposi el camp que el va crear – acabaríem amb un bucle de retroalimentació positiu infinit, trencant la conservació de l'energia (ja que estem creant efectivament una font d'energia infinita).
La llei de Lenz també obéix la tercera llei de Newton del moviment (és a dir, a cada acció hi ha sempre una reacció igual i oposada).
Si la corrent induïda crea un camp magnètic que és igual i oposat a la direcció del camp magnètic que la crea, llavors només així pot resistir el canvi en el camp magnètic de l'àrea. Això és conforme amb la tercera llei de Newton del moviment.
Llei de Lenz Explicada
