Lei de Lenz

A lei de Lenz é uma forma comum de compreender como os circuitos electromagnéticos obedecem à terceira lei de Newton e à conservação da energia. A lei de Lenz tem o nome de Emil Lenz, e diz:

Uma força electromotriz induzida (emf) dá sempre origem a uma corrente cujo campo magnético se opõe à alteração do fluxo magnético original.

A lei de Lenz é mostrada com o sinal negativo na lei de indução de Faraday:

E = - ∂ Φ B ∂ t {\\i1}--{\i1}--{\i1}frac {\i}parcial t parcial {\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {\partial \Phi _{\mathrm {B} }}{\partial t}}},

o que indica que o emf induzido (ℰ) e a alteração do fluxo magnético (∂ΦB) têm sinais opostos.

O emf induzido e a corrente induzida resultante são no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio quando B é dirigido para fora da página e a área do circuito está a diminuir. O fluxo através deste circuito está a diminuir na direcção exterior. Agora a corrente induzida I produz o seu próprio campo magnético, e podemos usar a regra da pega à direita para calcular a direcção deste campo. O resultado é que o campo magnético devido à corrente induzida é também direccionado para fora dentro do circuito. É como se a natureza, através deste campo induzido, tentasse compensar a redução do fluxo devido ao campo aplicado B. Isto acaba por ser experimentalmente uma regra geral, de modo que podemos dizer que
A direcção da emf induzida é sempre tal que resulta em oposição à mudança que a produz.
Esta é a lei de Lenz.

Como outro exemplo da aplicação da lei de Lenz, considere uma bobina de fio à qual uma bateria está subitamente ligada. Suponha que a bateria inicia uma corrente que flui no sentido dos ponteiros do relógio, tal como é vista pelo observador. Esta corrente dará origem a um campo magnético cujas linhas irão enfiar a bobina e fazer um círculo de volta para fora dela. Assim, à medida que a corrente devida à bateria se acumula, há um fluxo magnético variável através da bobina e isto deve resultar numa emf induzida na bobina. Qual é a direcção deste emf induzido? A lei de Lenz diz-nos imediatamente que deve ser no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio, de modo a opor-se à acumulação da corrente. Do mesmo modo, quando a corrente num circuito é interrompida, a emf induzida procura evitar que a corrente morra, e isto explica a faísca observada quando os interruptores são abertos lentamente. A emf induzida num circuito cuja corrente está a mudar chama-se emf posterior, uma vez que se opõe sempre à alteração da corrente. Surge da alteração do próprio campo magnético da corrente, um efeito referido como auto-indutância.

Se a lei de Lenz não fosse verdadeira, um aumento da corrente numa bobina resultaria numa emf que ajudaria a bateria aplicada, aumentando assim ainda mais a corrente, induzindo mais emf e mais aumentos da corrente, ad infinitum. Esta seria uma situação instável e uma situação em que o princípio da conservação de energia seria desobedecido.
Este tipo de raciocínio pode ser alargado a outras situações em que um sistema em equilíbrio é deslocado e o princípio a que se chegou é o seguinte.

Quando um sistema em equilíbrio é perturbado, o equilíbrio é deslocado na direcção que tende a desfazer os efeitos da perturbação.
Esta generalização da lei de Lenz é chamada o princípio de Le Chatelier.

Lenzs-law-inductor
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