Llei de Lenz i FEM induïda: Guia completa
Llei de Lenz
La Llei de Lenz rep el nom del físic rus que va estudiar els fenòmens electromagnètics independentment de Faraday. El 1833 va enunciar una llei que permetia conèixer el sentit del corrent induït. Aquesta llei és complementària a la de Faraday i explica el perquè del signe negatiu en l'expressió ε = -dΦ/dt.
La llei estableix que el sentit del corrent induït és tal que s'oposa a la causa que el produeix. També es pot definir d'acord amb la variació de flux: el flux creat per un corrent induït té un sentit que s'oposa a la variació del flux que el crea:
- Si el flux a través del circuit disminueix, s'hi introdueix un corrent elèctric el flux del qual se suma al del camp magnètic inductor.
- Si el flux augmenta, el corrent induït crea un camp magnètic de sentit contrari al de l'inductor.
FEM engendrada en una espira dins d'un camp magnètic
Si disposem d'una espira i la fem girar dins d'un camp magnètic, de manera que contínuament estigui sotmesa a una variació de flux, s'engendrarà una FEM induïda de característiques molt peculiars, el valor de la qual es pot calcular a partir de la llei de Faraday:
ε = - dΦ/dt
La variació del flux magnètic en l'espira es produeix perquè varia la superfície que presenta l'espira al camp, és a dir, perquè el vector S canvia d'orientació. El flux que travessa l'espira quan es troba perpendicular al camp és màxim:
Φmax = B·S
Si l'espira gira a una velocitat angular constant (ω), el flux depenent de l'angle descrit al cap d'un temps és:
Φ = B·S·cos(ωt)
Característiques de la FEM alterna
La FEM és una funció sinusoïdal del temps. El seu valor és màxim quan sin(ωt) = 1 i mínim quan és 0. Com que la FEM induïda és alterna (variable en magnitud i sentit) i els seus valors instantanis són proporcionals als valors que pren el sinus de 0º a 360º, s'anomena FEM alterna sinusoïdal.
Aquest és el principi de funcionament dels generadors elèctrics industrials, fonamentats en la inducció electromagnètica.
Si és una bobina de N espires la que gira dins d'un camp magnètic, el càlcul és idèntic, partint de:
ε = N·Φ·sin(ωt)
Si la bobina alimenta un circuit exterior de resistència R, serà recorreguda per un corrent:
I = ε/R = Imax·sin(ωt)