Heinrich Lenz (também conhecido como Emil Lenz) foi um físico alemão-báltico que pode não ter a fama de alguns de seus primeiros Pares do século 19, como Michael Faraday, mas que ainda contribuíram com uma peça-chave para resolver os mistérios de eletromagnetismo.
Enquanto alguns de seus colegas estavam fazendo descobertas semelhantes, o nome de Lenz foi dado aLei de Lenz em grande parte por causa de suas anotações meticulosas, documentação abrangente de seus experimentos e dedicação ao método científicoincomum para a época. A própria lei é uma parte importante daLei de indução eletromagnética de Faraday, e especificamente diz a você odireçãoem que flui a corrente induzida.
A lei pode ser difícil de entender no início, mas depois de entender o conceito-chave, você estará bem seu caminho para uma compreensão muito mais profunda do eletromagnetismo, incluindo questões práticas como o problema do redemoinho correntes.
Lei de Faraday
A lei da indução de Faraday afirma que o induzidoforça eletromotriz
(EMF, comumente referido como "tensão") em uma bobina de fio (ou simplesmente, em torno de um loop) é menos a taxa de mudança do fluxo magnético através desse loop. Matematicamente, e substituindo a derivada por uma "mudança em" mais simples (representada por ∆), a lei declara:\ text {EMF induzido} = −N \ frac {∆ϕ} {∆t}
Ondeté hora,Né o número de voltas na bobina do fio e phi (ϕ) é o fluxo magnético. A definição de fluxo magnético é muito importante para esta equação, então vale a pena lembrar que é:
ϕ = \ bm {B ∙ A} = BA \ cos (θ)
que relaciona a força do campo magnético,B, para a área do loopUMA, e o ângulo entre o loop e o campo (θ), com o ângulo do loop definido como perpendicular à área (ou seja, apontando diretamente para fora do loop). Uma vez que a equação envolve cos, está no valor máximo quando o campo está diretamente alinhado com o loop, e em 0 quando é perpendicular ao loop (ou seja, "lado ligado").
Juntas, essas equações mostram que você pode criar um EMF em uma bobina de fio alterando a área da seção transversalUMA, a força do campo magnéticoB, ou o ângulo entre a área e o campo magnético. A magnitude do EMF induzido é diretamente proporcional à taxa de mudança dessas quantidades e, claro, não precisa ser apenas uma dessas mudanças para induzir o EMF.
A lei de Faraday foi usada por James Clerk Maxwell como uma de suas quatro leis do eletromagnetismo, embora seja geralmente expressa como a integral de linha de o campo magnético em torno de um circuito fechado (que é essencialmente outra maneira de dizer o CEM induzido) e a taxa de mudança é expressa como um derivado.
Lei de Lenz
A lei de Lenz está encapsulada na lei de Faraday porque nos diz a direção em que flui a corrente elétrica induzida. A maneira mais simples de estabelecer a lei de Lenz é que as mudanças no fluxo magnético induzem correntes em uma direção queopõe-se o trocoque causou isso.
Em outras palavras, porque quando a corrente flui, ela gera seu próprio campo magnético, a direção do corrente induzida é tal que o novo campo magnético está em uma direção oposta às mudanças de fluxo que criou. Está encapsulado na lei de Faraday por causa do sinal negativo; isso indica que o EMF induzido se opõe à mudança original no fluxo magnético.
Para um exemplo simples, imagine uma bobina de fio com um campo magnético externo apontando diretamente para ele do lado direito (ou seja, para o centro da bobina e com as linhas de campo apontando para a esquerda), e o campo externo então aumentando em magnitude, mas mantendo o mesmo direção. Neste caso, a corrente induzida no fio fluirá de modo a produzir um campo magnético apontando para fora da bobina para a direita.
Se o campo externo diminuísse em magnitude, a corrente induzida fluiria de modo a produzir um campo magnético na mesma direção do campo original, porque neutraliza o fluxoalterarem vez de simplesmente se opor ao campo. Desde queneutraliza a mudança e não necessariamente a direção, isso significa que às vezes cria um campo na direção oposta e às vezes na mesma direção.
Você pode usar a regra da mão direita (às vezes chamada de regra da mão direita para distingui-la do a outra regra da mão direita usada na física) para determinar a direção da eletricidade resultante atual. A regra é bastante fácil de aplicar: calcule a direção do campo magnético criado pelo induzido atual e aponte o polegar de sua mão direita nessa direção e, em seguida, curve os dedos para dentro. A direção em que seus dedos se curvam é a direção em que a corrente flui através da bobina de fio.
Exemplos da Lei de Lenz
Alguns exemplos concretos de como a lei de Lenz funciona na prática ajudarão a cimentar os conceitos, e o mais simples é muito semelhante ao exemplo acima: uma bobina de fio movendo-se para dentro ou para fora de um campo magnético. Conforme o loop se move para o campo, o fluxo magnético através do loop aumentará (na direção oposta ao movimento do bobina), induzindo uma corrente que se opõe à taxa de mudança de fluxo e, assim, cria um campo magnético na direção de seu movimento.
Se a bobina está se movendo em sua direção, a regra da mão direita e a lei de Lenz mostram que a corrente fluiria no sentido anti-horário. Se a bobina estava se movendoForado campo, a mudança do fluxo magnético seria basicamente uma redução gradual em vez de um aumento, de modo que a corrente exatamente oposta seria induzida.
Esta situação é análoga a mover um ímã em barra para dentro ou para fora do centro de uma bobina, porque ao mover o ímã para dentro, o campo seria ficando mais forte e o campo magnético induzido funcionaria para se opor ao movimento do ímã, então, no sentido anti-horário da perspectiva do magnético. Ao mover-se para fora do centro da bobina de fio, o fluxo magnético estaria diminuindo e o valor magnético induzido o campo funcionaria novamente para se opor ao movimento do ímã, desta vez no sentido horário a partir da perspectiva do ímã.
Um exemplo mais complicado envolve uma bobina de fio girando em um campo magnético fixo, porque conforme o ângulo muda, o fluxo através do loop também mudaria. Durante a diminuição do fluxo, a corrente elétrica induzida criaria um campo magnético para se opor às mudanças do fluxo, de modo que estaria na mesma direção do campo externo. Durante o aumento do fluxo, ocorre o contrário e a corrente é induzida a se opor ao aumento do fluxo magnético, portanto na direção oposta ao campo externo. Isso gera uma tensão alternada (porque o EMF induzido muda toda vez que o loop gira 180 graus), e isso pode ser usado para gerar corrente alternada.
Lei de Lenz e correntes parasitas
Uma corrente parasita é o nome das pequenas correntes elétricas que obedecem à lei de Lenz. Em particular, porém, esse nome é usado em referência a pequenas correntes em looping em condutores análogos aos vórtices que você vê ao redor de seus remos ao remar na água.
Quando um condutor é movido através de um campo magnético - por exemplo, como um pêndulo de metal oscilando entre os pólos de um ímã em ferradura - correntes parasitas são induzidas e, de acordo com a lei de Lenz, elas neutralizam o efeito do movimento. Isso leva ao amortecimento magnético (como o campo induzido necessariamente funcionacontrao movimento que o criou), que pode ser usado produtivamente em coisas como sistemas de frenagem magnética para montanhas-russas, mas é uma causa de desperdício de energia para dispositivos como geradores e transformadores.
Quando as correntes parasitas precisam ser reduzidas, o condutor é separado em várias seções por finas camadas de isolamento, que limitam o tamanho das correntes parasitas e reduzem a perda de energia. No entanto, uma vez que as correntes parasitas são uma consequência necessária das leis de Faraday e Lenz, elas não podem ser totalmente evitadas.