Qué es la ley de Lenz: fórmula, significado y sus aplicaciones

Un método eficaz para generar electricidad se conoce como inducción electromagnética. Desde la generación de energía hasta la distribución, se usa en todas partes. Es un procedimiento en el que se genera un voltaje o fuerza electromotriz a través de un conductor alterando el flujo magnético o los campos magnéticos. Esta teoría de la inducción electromagnética se basó en las leyes de Faraday y ley de Lenz que fueron descubiertas en 1830 por Michael Faraday.

La generación de inducción electromagnética se puede realizar mediante dos métodos, donde en el primer método un conductor eléctrico se encuentra en un campo magnético en movimiento y en el segundo método el conductor eléctrico se mueve constantemente en un campo magnético fijo. Por lo tanto, este artículo presenta una descripción general de la ley de Lenz con sus ejemplos.

¿Qué es la ley de Lenz?

El nombre ley de Lenz se tomó del físico Emil Lenz cuando inventó esta ley en 1834. La ley de Lenz establece que; la dirección del flujo de corriente que se induce en un conductor a través de un campo magnético cambiante, entonces el campo magnético formado a través de la corriente inducida resistirá el campo magnético cambiante temprano.

Una vez que se induce una corriente a través de un campo magnético, el campo magnético generado por la corriente inducida formará su campo magnético. Así, este campo estará limitado por el campo magnético que lo formó.

ley de Lenz

La ley de Lenz depende principalmente de la ley de inducción electromagnética de Faraday porque la ley de Faraday establece que un campo magnético cambiante inducirá el flujo de corriente en un conductor eléctrico, mientras que la ley de Lenz establece que la dirección de la corriente inducida limita el cambio temprano del campo magnético que lo generó. Así, esto se indica en la fórmula de la ley de Faraday por el signo negativo.

ϵ = −dΦB/dt

El campo magnético se puede ajustar cambiando su intensidad de campo o moviendo el imán en la dirección de la bobina o alejándolo de la bobina, etc. Por tanto, podemos decir que la magnitud del campo electromagnético inducido en el circuito es proporcional a la tasa de cambio del flujo.

ε ∝ dΦ/dt

Fórmula de la ley de Lenz

Según la ley de Faraday, cuando se produce una fuerza electromotriz por un cambio en el flujo magnético, se denomina ley de Lenz. Aquí, se puede generar una corriente inducida a través de la polaridad de la EMF inducida donde el campo magnético restringe el campo magnético primario cambiante. En la ley de inducción electromagnética de Faraday, el signo negativo especifica principalmente la FEM inducida o ε y el cambio en el flujo magnético o δΦB tiene signos inversos. Aquí, la fórmula de la ley de Lenz se muestra a continuación:

Fórmula de la ley de Lenz Fem = -N (ΔΦ/ Δt)

Dónde:

‘Emf’ = Tensión inducida o fuerza electromotriz.

‘N’ = El número de bucles.

‘Δϕ’ = Cambio en el flujo magnético.

‘Δt’ = Cambio en el tiempo.

Ley de Lenz y conservación de la energía

La dirección de la corriente inducida por la ley de Lenz debe generar un campo magnético para obedecer la conservación de la energía que restringe el campo magnético que la produjo. Esta ley es consecuencia de la ley de conservación de la energía.

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Una vez que el campo magnético formado por la corriente inducida estará en una dirección similar al campo generado, estos campos magnéticos se fusionarán para crear un campo magnético más grande.

Este campo magnético inducirá una corriente más en el conductor al doble de la magnitud de la corriente inducida. Por lo tanto, podemos concluir que si la ley de Lenz no estableciera que la corriente inducida debe formar un campo magnético para restringir el campo creado, terminaríamos con un circuito de retroalimentación positiva sin parar para romper la protección de la energía.

Esta ley generalmente obedece a la tercera ley del movimiento de Newton, que establece que para cada acción siempre hay una reacción equivalente y opuesta. Si la corriente inducida forma un campo magnético equivalente e invierte la dirección del campo magnético que lo crea, entonces solo resiste el cambio de campo magnético en la región.

Experiencia

Este Experimento de la ley de Lenz es principalmente para averiguar la dirección y la corriente de la fem inducida que buscamos para la ley de Lenz. Para esta ley, los siguientes tres experimentos han sido probados por su teoría.

Experimento de la ley de Lenz
Experimento de la ley de Lenz

1ra experiencia

En este experimento, Emil Lenz dijo que cuando la corriente fluye a través de la bobina del circuito, genera líneas de campo magnético. A medida que aumenta el suministro de corriente a la bobina, aumenta el flujo magnético. Por lo tanto, la dirección del flujo de corriente inducida se limitará una vez que mejore el flujo magnético.

2da experiencia

En este segundo experimento, Lenz dijo que una vez que la bobina portadora de corriente se enrolla en una barra de hierro usando su extremo izquierdo que actúa como un polo N y mira hacia la bobina ‘S’, se generará una corriente inducida.

3ra experiencia

En este tercer experimento, Lenz dijo que una vez que la bobina es impulsada en la dirección del flujo magnético, la bobina asociada a ella disminuye. Entonces, según la ley de Lenz, el movimiento de la bobina se limita una vez que la corriente inducida se suministra en una dirección similar.

Para generar una corriente inducida, el campo magnético usa una fuerza sobre la bobina y, en secuencia, se usa una fuerza a través del suministro de corriente sobre el campo magnético para restringirlo.

Problemas y soluciones de la ley de Lenz

1). Un carrete de alambre de forma circular con 350 vueltas y un radio de 7.5 cm está ubicado horizontalmente sobre una mesa. Se activa gradualmente un posicionamiento constante del campo magnético hacia arriba, de manera que la intensidad del campo magnético puede expresarse en función del tiempo como B

FEM = (-N) x (22/7 xr^2) x (d/dt B)

= -350 x 22/7 x (0,075 m)^2 x 2 x 0,020 T xt

= -25 t * (Tm^2/s^2)

= -25 tv/s

En el sentido de las agujas del reloj, se enciende.

2). Si el flujo de corriente en un alambre es de B a A, encuentre la dirección de la corriente inducida en el alambre de lazo metálico reservado como se muestra en la siguiente figura.

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Flujo de corriente en un alambre
Flujo de corriente en un alambre

Según la ley de Lenz, la dirección de la corriente inducida limitará la causa de su producción. Así, el paso de corriente dentro de un bucle inducirá apoyo para el paso de corriente dentro del cable, es decir, en una dirección similar. Como resultado, la dirección actual en el bucle será en el sentido de las agujas del reloj.

3). En un bucle circular, la resistencia ‘R’ y el área ‘A’ giran a una velocidad angular ‘ω’ en un eje a lo largo de todo su diámetro, como se muestra a continuación. El plano del bucle es en su mayor parte perpendicular a un campo magnético estable «B». Encuentre la corriente inducida en el bucle circular.

campo magnético uniforme
campo magnético uniforme

El flujo magnético directo en la espira es

ΦB = BA cos θ

Aquí, θ = ωt, entonces ΦB = BA cos ωt

Según la ley de Faraday,

ϵ = −dΦB/dt = – ϵ = −d/dt [BA cosωt]

Dónde

ϵ = [BAω sinωt]

La corriente inducida se puede expresar como

I = E/R = (BAω/R) senωt

Aquí, la corriente y la fem inducida cambian de forma sinusoidal. Entonces, la amplitud de fem es ‘BAω’ y la corriente es BAω/R.

Ventajas

los significado de la ley de lenz entiende lo siguiente.

  • La ley de Lenz nos dice dos cosas principales acerca de cómo el campo magnético cambiante interactuará con un bucle conductor.
  • Esta ley depende de la conservación de la energía pero no de la conservación del impulso.
  • Esta ley está disponible para gobernar cómo los campos magnéticos son generados por conductores que transportan corriente alterna o corriente continua.
  • Esta ley indica la dirección de una corriente inducida con respecto a la tasa de cambio en el campo magnético inductor.
  • En electromagnetismo, esta ley es un concepto muy importante.

Límites de la ley de Lenz

los limites de la ley de lenz Incluya lo siguiente.

Una vez que un imán se mueve en la dirección de la bobina, el campo magnético externo inducirá una corriente en la bobina para cambiar su campo magnético interno en una magnitud similar pero con la dirección inversa, oponiéndose así al cambio.

Una vez que el imán se mueve a través de la bobina u otra cara de la bobina, el flujo de corriente cambiará de dirección y el campo magnético interno aumentará en una dirección similar debido al campo magnético externo, oponiéndose así a lo nuevo.

¿Dónde se usa/aplica la ley de Lenz?

Las aplicaciones de la ley de Lenz incluyen lo siguiente.

  • Esta ley es muy útil para comprender el concepto de energía magnética almacenada en un inductor.
  • Cada vez que se conecta una fuente de fem a través de un inductor, la corriente comienza a fluir a través de ella y la fem contraria restringirá el flujo creciente de corriente a través de todo el inductor. Para crear el flujo de corriente, la fuente de fem externa debe realizar algún trabajo para superar esta oposición. Por lo tanto, este trabajo se puede realizar a través de la fem almacenada en el inductor y se puede mejorar una vez que la fuente externa de fem se separa del circuito.
  • La ley de Lenz establece que la fem inducida y el cambio en el flujo tienen signos inversos que dan una comprensión física de la alternativa de un signo en la ley de inducción electromagnética de Faraday.
  • Esta ley se aplica a los generadores eléctricos. Una vez que se induce el flujo de corriente en un generador, la dirección de la corriente entonces inducida se opondrá y hará que el generador gire. Por lo tanto, el generador necesita más energía mecánica para devolver la EMF mientras usa un motor eléctrico.
  • Se utiliza en placas de inducción y frenado electromagnético.
  • Se utiliza en generadores de CA y generadores eléctricos.
  • Utilizado en detectores de metales.
  • Dinamómetros de corrientes de Foucault
  • Utilizado en sistemas de frenado de trenes.
  • Micrófonos
  • Lectores de tarjetas
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1). ¿Cómo es la ley de Lenz una consecuencia de la conservación de la energía?

La ley de Lenz se basa principalmente en el concepto de conservación de la energía. Sabemos que en la ley de Lenz la corriente inducida tiende frecuentemente a restringir la fuente que la genera. Entonces, para trabajar contra las fuerzas opuestas, tenemos que hacer un esfuerzo adicional. Entonces, este trabajo adicional está directamente relacionado con los cambios periódicos en el flujo magnético, por lo que se inducirá una gran corriente. Por lo tanto, el esfuerzo extra simplemente se transforma en energía eléctrica que es la ley de conservación de la energía.

2). ¿Qué es la ley de Lenz Igcse?

El consejo Igcse significa «Certificado General Internacional de Educación» y esta ley de este consejo establece que la corriente inducida siempre se suministra de manera que se oponga al movimiento o carga que la genera.

3). ¿Qué sucede si se invierte la ley de Lenz?

Si simplemente se invierte la ley de Lenz, la corriente inducida genera un flujo en una dirección similar a la del cambio original. Entonces, este gran cambio en el flujo puede generar una corriente aún mayor, seguida de un cambio aún mayor en el flujo. El flujo de corriente continuará aumentando indefinidamente para generar energía incluso después de que finalice el estímulo creativo.

4). ¿Cuál es la importancia principal de la ley de Lenz?

Esta ley se utiliza principalmente para determinar la dirección de la corriente inducida.

5). ¿Qué indica el signo negativo en la ley de Lenz?

En la ley de Lenz, el signo negativo especifica principalmente que la fem inducida en la bobina está en dirección opuesta al flujo magnético. Aquí este flujo está conectado a través de la bobina.

Así, se trata de una visión general de la ley de Lenz descubierto por Friedrich Emil Lenz. Esta ley depende principalmente del principio de conservación de la energía y también de la tercera ley de Newton. Por lo tanto, es la técnica más adecuada para determinar la dirección de la corriente inducida. También descubrió que la fuerza del campo magnético es proporcional al poder de la inducción magnética. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es la ley de inducción electromagnética de Faraday?

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