Heinrich Lenz (también conocido como Emil Lenz) fue un físico báltico alemán que puede no tener la fama de algunos de sus pares de principios del siglo XIX como Michael Faraday, pero que aún contribuyó con una pieza clave para resolver los misterios de electromagnetismo.

Mientras que algunos de sus colegas estaban haciendo descubrimientos similares, el nombre de Lenz se le dio a la ley de Lenz en gran parte debido a su minuciosa toma de notas, documentación exhaustiva de sus experimentos y una dedicación al método científico poco común para el tiempo. La ley en sí misma forma una parte importante de la ley de inducción electromagnética de Faraday, y específicamente te dice la dirección en la que fluye la corriente inducida.

La ley podría ser difícil de entender. primero, pero una vez que comprenda el concepto clave, estará bien encaminado hacia una comprensión mucho más profunda del electromagnetismo, incluidas cuestiones prácticas como el problema de las corrientes parásitas.
Ley de Faraday

Ley de Faraday de la inducción establece que la fuerza electromotriz inducida (EMF, comúnmente conocida 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 {inducido EMF} \u003d −N \\ frac {∆ϕ} {∆t}

Donde < em> t
es el tiempo, N
es el número de vueltas en la bobina de alambre y phi (ϕ) es el flujo magnético. La definición de flujo magnético es bastante importante para esta ecuación, por lo que vale la pena recordar que es:
ϕ \u003d \\ bm {B ∙ A} \u003d BA \\ cos (θ)

que relaciona la fuerza del campo magnético, B
, al área del bucle A
, 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").

Tomados en conjunto, estos Las ecuaciones muestran que puede crear un EMF en una bobina de alambre cambiando el área de sección transversal A
, la intensidad del campo magnético B
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.

Se utilizó la ley de Faraday. por James Clerk Maxwell como una de sus cuatro leyes de electromagnetismo, aunque generalmente se expresa como la integral de línea del 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 derivada.
Ley de Lenz

La ley de Lenz está encapsulada en la ley de Faraday porque nos dice en qué dirección fluye la corriente eléctrica inducida. La manera más simple de establecer la ley de Lenz es que los cambios en el flujo magnético inducen corrientes en una dirección que se opone al cambio que lo causó.

En otras palabras, porque cuando la corriente fluye genera su propio campo magnético, la dirección de la corriente inducida es tal que el nuevo campo magnético está en una dirección opuesta a los cambios de flujo que lo crearon. Está encapsulado en la ley de Faraday debido al signo negativo; esto le indica 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 a la izquierda), y luego el campo externo aumenta en magnitud pero mantiene la misma dirección. En este caso, la corriente inducida en el cable fluirá para producir un campo magnético que señala la bobina hacia la derecha.

Si el campo externo disminuye en magnitud, la corriente inducida fluiría de manera que para producir un campo magnético en la misma dirección que el campo original, porque contrarresta los cambios de flujo
en lugar de simplemente oponerse al campo. Como contrarresta el cambio y no necesariamente la dirección, esto significa que a veces crea un campo en la dirección opuesta y otras en la misma dirección.

Puede usar la regla de la mano derecha (a veces llamada la mano derecha agarre la regla para distinguirla de la otra regla de la mano derecha utilizada en física) para determinar la dirección de la corriente eléctrica resultante. La regla es bastante fácil de aplicar: calcule la dirección del campo magnético creado por la corriente inducida y apunte el pulgar de la mano derecha en esa dirección, y luego doble los dedos hacia adentro. La dirección en que se curvan los dedos es la dirección en 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 consolidar los conceptos, y los más simples 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 de la bobina), induciendo una corriente que se opone a la velocidad de cambio del 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 derecha y la ley de Lenz muestran que la corriente fluiría en sentido antihorario. Si la bobina se movía fuera del campo, el flujo magnético cambiante sería básicamente una reducción gradual en lugar de un aumento, por lo que se induciría la corriente exactamente opuesta.

Esta situación es análoga para mover un imán de barra dentro o fuera del centro de una bobina, porque al mover el imán hacia adentro, el campo se volverá más fuerte y el campo magnético inducido funcionará para oponerse al movimiento del imán, por lo tanto, en sentido antihorario perspectiva del imán. Al salir del centro de la bobina de alambre, el flujo magnético estaría disminuyendo y el campo magnético inducido volvería a funcionar para oponerse al movimiento del imán, esta vez en sentido horario desde la perspectiva del imán.

Un ejemplo más complicado implica 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 del flujo, sucede lo contrario y se induce la corriente para oponerse al aumento del flujo magnético, por lo tanto, en la dirección opuesta al campo externo. Esto genera un voltaje alterno (porque el EMF inducido cambia cada vez que el bucle gira 180 grados), y esto se puede usar para generar corriente alterna.
La ley de Lenz y las corrientes de Foucault

Una corriente de Foucault es el nombre por las pequeñas corrientes eléctricas que obedecen la ley de Lenz. Sin embargo, en particular, este nombre se usa en referencia a pequeñas corrientes en bucle en conductores análogos a los vórtices que se ven alrededor de los remos al remar en el agua.

Cuando un conductor se mueve a través de un campo magnético, por Por ejemplo, como un péndulo de metal que se balancea entre los polos de un imán de herradura, se inducen corrientes de Foucault y, de acuerdo con la ley de Lenz, contrarrestan el efecto del movimiento. Esto conduce a la amortiguación magnética (ya que el campo inducido necesariamente funciona contra el movimiento que lo creó), que puede usarse productivamente en cosas como los sistemas de frenado magnético para montañas rusas, pero es una causa de energía desperdiciada para dispositivos como generadores y transformadores.

Cuando es necesario reducir las corrientes parásitas, el conductor está separado en múltiples secciones por 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 evitar por completo.