Ley de Lenz de la Inducción Electromagnética: Definición y Fórmula
¿Qué es la ley de Lenz?
La ley de Lenz de la inducción electromagnética establece que la dirección de la corriente inducida en un conductor por un campo magnético cambiante (según la ley de Faraday de la inducción electromagnética) es tal que el campo magnético creado por la corriente inducida opone se opone al campo magnético inicial que lo produjo. La dirección de este flujo de corriente se da por la regla de la mano derecha de Fleming.
Esto puede ser difícil de entender al principio—así que veamos un ejemplo.
Recuerda que cuando una corriente es inducida por un campo magnético, el campo magnético que esta corriente inducida produce creará su propio campo magnético.
Este campo magnético siempre será tal que se opone al campo magnético que originalmente lo creó.
En el ejemplo siguiente, si el campo magnético “B” está aumentando – como se muestra en (1) – el inducido campo magnético actuará en oposición a él.
Cuando el campo magnético “B” está disminuyendo – como se muestra en (2) – el inducido campo magnético actuará nuevamente en oposición a él. Pero esta vez ‘en oposición’ significa que está actuando para aumentar el campo – ya que se opone a la tasa de cambio decreciente.
La ley de Lenz se basa en la ley de Faraday de inducción. La ley de Faraday nos dice que un campo magnético cambiante inducirá una corriente en un conductor.
La ley de Lenz nos dice la dirección de esta corriente inducida, que se opone al campo magnético inicial que la produjo. Esto se indica en la fórmula de la ley de Faraday con el signo negativo (‘–’).
Este cambio en el campo magnético puede ser causado por cambiar la intensidad del campo magnético moviendo un imán hacia o lejos de la bobina, o moviendo la bobina dentro o fuera del campo magnético.
En otras palabras, podemos decir que la magnitud del EMF inducido en el circuito es proporcional a la tasa de cambio de flujo.
Fórmula de la Ley de Lenz
La ley de Lenz establece que cuando un EMF es generado por un cambio en flujo magnético según la ley de Faraday, la polaridad del EMF inducido es tal, que produce una corriente inducida cuyo campo magnético se opone al campo magnético inicial que lo produjo.
El signo negativo utilizado en la ley de Faraday de inducción electromagnética indica que el EMF inducido (ε) y el cambio en el flujo magnético (δΦB) tienen signos opuestos. La fórmula de la ley de Lenz se muestra a continuación:
Donde:
ε = FEM inducido
δΦB = cambio en el flujo magnético
N = Número de vueltas en la bobina
Ley de Lenz y Conservación de Energía
Para cumplir con la conservación de la energía, la dirección de la corriente inducida por la ley de Lenz debe crear un campo magnético que se oponga al campo magnético que la creó. De hecho, la ley de Lenz es una consecuencia de la ley de conservación de la energía.
¿Por qué es así? Bueno, supongamos que no fuera el caso y veamos qué pasa.
Si el campo magnético creado por la corriente inducida estuviera en la misma dirección que el campo que lo produjo, entonces estos dos campos magnéticos se combinarían y crearían un campo magnético mayor.
Este campo magnético combinado mayor, a su vez, induciría otra corriente dentro del conductor, dos veces la magnitud de la corriente inducida original.
Y esto, a su vez, crearía otro campo magnético que induciría otra corriente. Y así sucesivamente.
Así que podemos ver que si la ley de Lenz no dictara que la corriente inducida debe crear un campo magnético que se opone al campo que lo creó – entonces terminaríamos con un bucle de retroalimentación positiva infinito, violando la conservación de la energía (ya que estamos creando efectivamente una fuente de energía infinita).
La ley de Lenz también cumple con la tercera ley de Newton del movimiento (es decir, a cada acción siempre hay una reacción igual y opuesta).
Si la corriente inducida crea un campo magnético que es igual y opuesto a la dirección del campo magnético que lo creó, entonces solo puede resistir el cambio en el campo magnético en el área. Esto está de acuerdo con la tercera ley de Newton del movimiento.
Explicación de la Ley de Lenz
Para comprender mejor la ley de Lenz, consideremos dos casos:
