Heinrich Lenz (también conocido como Emil Lenz) fue un físico báltico-alemán que puede no tener la fama de algunos de sus primeros Compañeros del siglo XIX como Michael Faraday, pero que todavía contribuyeron con una pieza clave para resolver los misterios de electromagnetismo.
Mientras algunos de sus compañeros estaban haciendo descubrimientos similares, el nombre de Lenz se le dio aLey de Lenz en gran parte debido a su meticulosa toma de notas, la documentación completa de sus experimentos y su dedicación al método científico.poco común para la época. La propia ley forma una parte importante deLey de Faraday de inducción electromagnética, y específicamente te dice eldirecciónen el que fluye la corriente inducida.
La ley puede ser difícil de entender al principio, pero una vez que comprenda el concepto clave, estará bien su camino hacia una comprensión mucho más profunda del electromagnetismo, incluidas cuestiones prácticas como el problema del remolino corrientes.
Ley de Faraday
La ley de inducción de Faraday establece que el inducido
fuerza electromotriz(EMF, comúnmente conocido como "voltaje") en una bobina de alambre (o simplemente, alrededor de un bucle) es menos la tasa de cambio del flujo magnético a través de ese bucle. Matemáticamente, y reemplazando la derivada con un "cambio en" más simple (representado por ∆), la ley establece:\ text {EMF inducido} = −N \ frac {∆ϕ} {∆t}
Dóndetes hora,nortees el número de vueltas en la bobina de alambre y phi (ϕ) es el flujo magnético. La definición de flujo magnético es muy importante para esta ecuación, por lo que vale la pena recordar que es:
ϕ = \ bm {B ∙ A} = BA \ cos (θ)
que relaciona la fuerza del campo magnético,B, al área del bucleA, y el ángulo entre el bucle y el campo (θ), con el ángulo del bucle definido como perpendicular al área (es decir, apuntando directamente fuera del bucle). Dado que la ecuación involucra cos, está en el valor máximo cuando el campo está directamente alineado con el bucle, y en 0 cuando es perpendicular al bucle (es decir, "de lado").
En conjunto, estas ecuaciones muestran que puede crear un EMF en una bobina de alambre cambiando el área de la sección transversalA, la fuerza del campo magnéticoB, o el ángulo entre el área y el campo magnético. La magnitud del EMF inducido es directamente proporcional a la tasa de cambio de estas cantidades y, por supuesto, no tiene que ser solo uno de estos cambios para inducir el EMF.
James Clerk Maxwell utilizó la ley de Faraday como una de sus cuatro leyes del electromagnetismo, aunque generalmente se expresa como la integral de línea de el campo magnético alrededor de un circuito cerrado (que es esencialmente otra forma de decir el EMF inducido) y la tasa de cambio se expresa como un derivado.
Ley de Lenz
La ley de Lenz está encapsulada en la ley de Faraday porque nos dice la dirección en la que fluye la corriente eléctrica inducida. La forma más sencilla de enunciar la ley de Lenz es que los cambios en el flujo magnético inducen corrientes en una dirección quese opone el cambioque lo causó.
En otras palabras, debido a que cuando la corriente fluye genera su propio campo magnético, la dirección del La corriente inducida es tal que el nuevo campo magnético está en una dirección opuesta a los cambios de flujo que lo creó. Está encapsulado en la ley de Faraday debido al signo negativo; esto le dice que el EMF inducido se opone al cambio original en el flujo magnético.
Para un ejemplo simple, imagine una bobina de alambre con un campo magnético externo apuntando directamente hacia él desde el lado derecho (es decir, hacia el centro de la bobina y con las líneas de campo apuntando hacia la izquierda), y el campo externo aumenta en magnitud pero se mantiene igual dirección. En este caso, la corriente inducida en el cable fluirá para producir un campo magnético que apunta hacia la derecha de la bobina.
Si el campo externo disminuyera en magnitud, la corriente inducida fluiría para producir un campo magnético en la misma dirección que el campo original, porque contrarresta el flujo.cambiosen lugar de simplemente oponerse al campo. Desde quecontrarresta el cambio y no necesariamente la dirección, esto significa que a veces crea un campo en la dirección opuesta y, a veces, en la misma dirección.
Puede usar la regla de la mano derecha (a veces llamada regla de agarre de la mano derecha para distinguirla de la otra regla de la mano derecha utilizada en física) para determinar la dirección de la eléctrica resultante Actual. La regla es bastante fácil de aplicar: calcule la dirección del campo magnético creado por el inducido corriente y apunte el pulgar de su mano derecha en esa dirección, y luego doble los dedos hacia adentro. La dirección en la que se curvan los dedos es la dirección en la que fluye la corriente a través de la bobina de alambre.
Ejemplos de la ley de Lenz
Algunos ejemplos concretos de cómo funciona la ley de Lenz en la práctica ayudarán a cimentar los conceptos y la El más simple es muy similar al ejemplo anterior: una bobina de alambre que entra o sale de un campo magnético. A medida que el bucle se mueve hacia el campo, el flujo magnético a través del bucle aumentará (en la dirección opuesta al movimiento del bobina), induciendo una corriente que se opone a la tasa de cambio de flujo y, por lo tanto, crea un campo magnético en la dirección de su movimiento.
Si la bobina se mueve hacia usted, la regla de la mano derecha y la ley de Lenz muestran que la corriente fluiría en sentido antihorario. Si la bobina se estaba moviendofueradel campo, el flujo magnético cambiante sería básicamente una reducción gradual en lugar de un aumento, por lo que se induciría exactamente la corriente opuesta.
Esta situación es análoga a mover una barra magnética dentro o fuera del centro de una bobina, porque al mover el imán hacia adentro, el campo sería cada vez más fuerte y el campo magnético inducido funcionaría para oponerse al movimiento del imán, por lo que, en sentido antihorario desde la perspectiva del imán. Al moverse fuera del centro de la bobina de alambre, el flujo magnético estaría disminuyendo y el magnético inducido El campo volvería a trabajar para oponerse al movimiento del imán, esta vez en el sentido de las agujas del reloj desde la perspectiva del imán.
Un ejemplo más complicado involucra una bobina de alambre que gira en un campo magnético fijo, porque a medida que cambia el ángulo, el flujo a través del bucle también lo haría. Durante la disminución del flujo, la corriente eléctrica inducida crearía un campo magnético para oponerse a los cambios de flujo, por lo que estaría en la misma dirección que el campo externo. Durante el aumento de flujo, ocurre lo contrario y la corriente se induce a oponerse al aumento de flujo magnético, por lo que en la dirección opuesta al campo externo. Esto genera un voltaje alterno (porque el EMF inducido cambia cada vez que el lazo gira 180 grados), y esto puede usarse para generar corriente alterna.
Ley de Lenz y corrientes de Foucault
Una corriente de Foucault es el nombre de las pequeñas corrientes eléctricas que obedecen a la ley de Lenz. En particular, sin embargo, este nombre se usa en referencia a pequeñas corrientes en bucle en conductores análogos a los vórtices que se ven alrededor de los remos cuando se rema en el agua.
Cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético, por ejemplo, como un péndulo de metal que se balancea entre los polos de un imán de herradura: se inducen corrientes parásitas que, de acuerdo con la ley de Lenz, contrarrestan el efecto de la movimiento. Esto conduce a una amortiguación magnética (ya que el campo inducido necesariamente funcionaen contrael movimiento que lo creó), que se puede utilizar de forma productiva en cosas como los sistemas de frenado magnético para las montañas rusas, pero es una causa de desperdicio de energía para dispositivos como generadores y transformadores.
Cuando es necesario reducir las corrientes parásitas, el conductor se separa en varias secciones mediante capas aislantes delgadas, que limitan el tamaño de las corrientes parásitas y reducen la pérdida de energía. Sin embargo, dado que las corrientes de Foucault son una consecuencia necesaria de las leyes de Faraday y Lenz, no se pueden prevenir por completo.