Legge di Lenz sull'induzione elettromagnetica: Definizione & Formula

Cos'è la legge di Lenz?

La legge di Lenz sull'induzione elettromagnetica stabilisce che la direzione della corrente indotta in un conduttore da un campo magnetico in variazione (secondo la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica) è tale che il campo magnetico creato dalla corrente indotta si oppone opponendosi al campo magnetico iniziale che lo ha prodotto. La direzione di questo flusso di corrente è data dalla regola della mano destra di Fleming.

Questo può essere difficile da capire all'inizio—quindi consideriamo un esempio.

Ricorda che quando una corrente è indotta da un campo magnetico, il campo magnetico che questa corrente indotta produce creerà il suo proprio campo magnetico.

Questo campo magnetico sarà sempre tale da opporre il campo magnetico che l'ha originariamente creato.

Nell'esempio qui sotto, se il campo magnetico “B” sta aumentando – come mostrato in (1) – il campo magnetico indotto agirà in opposizione a esso.

Quando il campo magnetico “B” sta diminuendo – come mostrato in (2) – il campo magnetico indotto agirà nuovamente in opposizione a esso. Ma questa volta ‘in opposizione’ significa che agisce per aumentare il campo – poiché si oppone alla diminuzione del tasso di variazione.

La legge di Lenz si basa sulla legge di induzione di Faraday. La legge di Faraday ci dice che un campo magnetico in variazione indurrà una corrente in un conduttore.

La legge di Lenz ci dice la direzione di questa corrente indotta, che si oppone al campo magnetico iniziale che l'ha prodotta. Questo è indicato nella formula della legge di Faraday dal segno negativo (‘–’).

Questa variazione del campo magnetico può essere causata cambiando l'intensità del campo magnetico spostando un magnete verso o lontano dalla bobina, o spostando la bobina dentro o fuori dal campo magnetico.

In altre parole, possiamo dire che l'entità dell'FEM indotto nel circuito è proporzionale al tasso di variazione del flusso.

Formula della legge di Lenz

La legge di Lenz stabilisce che quando un FEM è generato da una variazione del flusso magnetico secondo la legge di Faraday, la polarità del FEM indotto è tale da produrre una corrente indotta il cui campo magnetico si oppone al campo magnetico iniziale che l'ha prodotta.

Il segno negativo utilizzato nella legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica indica che il FEM indotto (ε) e la variazione del flusso magnetico (δΦB) hanno segni opposti. La formula della legge di Lenz è mostrata di seguito:

Dove:

• ε = FEM indotto

• δΦB = variazione del flusso magnetico

• N = Numero di spire nella bobina

Legge di Lenz e conservazione dell'energia

Per rispettare la conservazione dell'energia, la direzione della corrente indotta secondo la legge di Lenz deve creare un campo magnetico che si oppone al campo magnetico che l'ha prodotta. In effetti, la legge di Lenz è una conseguenza della legge di conservazione dell'energia.

Perché? Bene, proviamo a immaginare che non fosse così e vediamo cosa succede.

Se il campo magnetico creato dalla corrente indotta fosse nella stessa direzione del campo che l'ha prodotto, questi due campi magnetici si combinerrebbero e creerebbero un campo magnetico più grande.

Questo campo magnetico combinato, a sua volta, indurrebbe un'altra corrente all'interno del conduttore, con un'ampiezza doppia rispetto alla corrente indotta originale.

E questo, a sua volta, creerebbe un altro campo magnetico che indurrebbe un'altra corrente. E così via.

Quindi possiamo vedere che se la legge di Lenz non dettasse che la corrente indotta deve creare un campo magnetico che si oppone al campo che l'ha creato – finiremmo con un ciclo di feedback positivo infinito, violando la conservazione dell'energia (poiché stiamo effettivamente creando una fonte di energia infinita).

La legge di Lenz obbedisce anche alla terza legge del moto di Newton (cioè, a ogni azione c'è sempre una reazione uguale e contraria).

Se la corrente indotta crea un campo magnetico uguale e contrario alla direzione del campo magnetico che l'ha creato, allora solo così può resistere alla variazione del campo magnetico nell'area. Questo è in accordo con la terza legge del moto di Newton.

Spiegazione della legge di Lenz

Per comprendere meglio la legge di Lenz, consideriamo due casi: