Ley de Lenz


 En 1834, el físico ruso Heinrich Lenz descubrió la relación entre los campos magnéticos inducidos, el voltaje y la corriente cuando un conductor pasa a través de las líneas de fuerzas de un campo magnético. La ley de Lenz nos indica el sentido de la corriente inducida en un conductor, establece que:

" An induced electromotive force generates a current that induces a counter magnetic field that opposes the magnetic field generating the current."

El valor de la corriente inducida había sido puesto de manifiesto por Faraday y Henry: Lenz determino el sentido de de la corriente inducida.

El sentido de la corriente en el inducido es tal que se opone a la variación de flujo inductor (Lenz). Así, si de alguna manera variamos el flujo que atraviesa el inducido, en éste se genera una corriente creando un campo magnético cuyo sentido se opone a dicha variación de flujo. La corriente inducida tiene una sentido tal que el campo magnético debido a esta corriente se opone al cambio del campo magnético que induce la corriente.  

 

 

Fig. La bobina 1 contiene dentro la bobina 2.  La primera de ellas está conectada a una batería y la segunda a un galvanómetro

 

 

Relación entre los sentidos de las corrientes primaria Iprim y la corriente inducida Iind. Aquí está aumentando el campo magnético. Nótese que la corriente en 2 forma un campo en sentido inversa.

En esta ocasión el campo magnético se debilita. La corriente inducida forma un campo en el mismo sentido del primario.

Sentido de la corriente inducida en la espira al acercarse el imán. Hay repulsión entre los dos elementos.

 

Sentido de la corriente inducida en la espira al alejarse el imán. Hay atracción entre los dos elementos.

 

La inducción electromagnética es la creación de un voltaje o fuerza electromotriz inducida (fem) por cambios en el campo magnético próximo a un conductor.

La inducción magnética, que  consiste esencialmente en que un campo magnético variable en el tiempo puede inducir una fuerza electromotriz (o una corriente) en un circuito

Según la ley de Faraday, la fem inducida en una bobina es proporcional al producto del número de espiras y a la razón de cambio o variación del campo magnético en el interior de la espira.

Un generador de corriente se vale de la inducción electromagnética para convertir energía mecánica en energía eléctrica.

Un transformador se vale de la inducción electromagnética para inducir en el secundario un voltaje diferente al de la bovina primaria.

 

 

En la figura, al mover el imán delante de la bobina, se induce una corriente que puede ser detectada fácilmente con un amperímetro.  Si el imán no se mueve, no aparece corriente alguna.  Si en vez del imán se mueve la bobina, también aparece una corriente.  Los diferentes resultados experimentales  que se obtienen cuando se utilizan diferentes configuraciones y formas de variar el campo magnético se pueden resumir en una expresión general única. 

Esa expresión es la ley de Faraday o ley de Faraday-Henry:

f es el flujo magnético  a través de la superficie encerrada por el circuito:

Unidades.  En el SI de unidades,   

[f] = [B][A] = Tm2 = Weber (Wb)

 

Ley de Lenz

 

El signo (-) que aparece en la ley de Faraday no es estrictamente una parte cuantitativa de la ley, sino mas bien una forma convencional de recordar la ley de Lenz, que establece que la fem (o la corriente) inducida tiene un sentido tal que siempre se opone a la causa que la produce.  Usualmente se toma el valor modular de df/dt, y el sentido de la fem se establece con el auxilio de la ley de Lenz.

 

Para  terminar de esclarecer el significado de la ley de Lenz analicemos el siguiente ejemplo.

En la figura, la espira es perpendicular a la dirección de H, por tanto se puede omitir la notación vectorial (q = 0, cosq = 1) y  f = mo òHds.  Si H comienza a disminuir de valor, f también decrecerá;  df/dt  no será nula, y según la ley de Faraday aparecerá una fem  inducida  e = - df/dt.  Si la espira tiene una resistencia R distribuida en toda su longitud, la corriente inducida será  i = e/R.

Según la ley de Lenz, el sentido de la corriente inducida debe ser tal que se oponga a la causa que la produjo.  ¿Cual fue esa causa?  Pues la disminución de H.  Para oponerse a la disminución de H, la corriente inducida debe generar un campo magnético Hind que se sume a H para evitar su disminución.

 

Sabemos  que un alambre con corriente siempre tiene asociado un campo magnético, y que el sentido del campo es tal que cumple la regla de la mano derecha.  Por tanto, analizando las dos posibles direcciones de la corriente en la espira, se llega rápidamente a la conclusión de que la dirección correcta es la que aparece en la figura, pues en este caso el campo inducido tiende a reforzar el campo decreciente, oponiéndose así a su disminución.

 

 

 

Producción de corriente alterna

Es posible generar una fem alterna sinusoidal de la forma siguiente.  En la figura, la inducción magnética B es constante y uniforme, y la espira se encuentra rotando alrededor de un eje vertical con velocidad angular w.  En la parte inferior se representan esquemáticamente las conexiones que permiten a la espira rotar a la vez que mantiene un contacto eléctrico continuo con otros circuitos.  A la derecha se muestra la espira vista desde la parte superior, rotando hacia la izquierda.

El flujo que atraviesa la espira en un instante determinado será en un campo uniforme B:

f = BScoswt

Aplicando la ley de Faraday,  e = - df/dt  y llamando  em = BSw  se llega inmediatamente a:

e = emsen(wt)        donde w= 2·p·f (f=frecuencia)

Al girar la espira dentro de un campo magnético se produce una fem inducida en los extremos de la espira, dicha tensión es variable y tiene la forma de una senoide.

Si analizamos el gráfico de e frente a. t a la derecha, se ve inmediatamente que la polaridad de los bornes cambia continuamente con el transcurso del tiempo, con una fem alterna se representa usualmente por el símbolo siguiente:

Esta corriente alterna o variable es la que se genera en las centrales eléctricas y que nos llega a las viviendas para su consumo a través de la red con una frecuencia de 50 Hz o ciclos por segundo y una tensión eficaz de 220 V.

 

"Se dice que el alternador de la central eléctrica

gira a 50 vueltas

por segundo"..

Una corriente alterna senoidal se caracteriza porque el valor de la corriente y de la tensión cambia de valor e incluso de sentido a cada instante, siguiendo un ciclo repetitivo según la función senoidal. La tensión senoidal alcanza diferentes valores según la posición relativa de los conductores respecto al campo magnético. Varía a cada instante, de tal forma que por cada ciclo es dos veces nula y dos veces máxima (pero de sentido opuesto). Se conoce como valor máximo al mayor de todos ellos  y que se da en las crestas de la senoide. En nuestro caso este valor máximo suele ser de 311 V . Dado que la tensión cambia constantemente de 0 a 311 V , se hace necesario un valor intermedio que represente a la tensión para realizar los cálculos y medidas, se llama tensión eficaz es de 220 V y es la que mide un voltímetro de corriente alterna conectado a la red domestica.