La legge di Lenz
La legge di Lenz è un modo comune per capire come i circuiti elettromagnetici obbediscono alla terza legge di Newton e alla conservazione dell'energia. La legge di Lenz prende il nome da Emil Lenz, e dice:
Una forza elettromotrice indotta (emf) dà sempre origine ad una corrente il cui campo magnetico si oppone al cambiamento del flusso magnetico originale.
La legge di Lenz è mostrata con il segno negativo nella legge di induzione di Faraday:
E = - ∂ Φ Φ B ∂ t {\a6}}- - frac {\a6}=- frac {\a6}}- frac {\a6}- frac {\a6}- frac {\a6}- frac {\a6}- frac {\a6}- frac {\a6}- froc in parte. 
,
che indica che l'emf indotto (ℰ) e la variazione del flusso magnetico (∂ΦB) hanno segni opposti.
L'emf indotto e la corrente indotta risultante sono in senso antiorario quando B è diretto fuori dalla pagina e l'area del circuito è in diminuzione. Il flusso attraverso questo circuito sta diminuendo nella direzione verso l'esterno. Ora la corrente indotta I produce il proprio campo magnetico, e possiamo usare la regola dell'impugnatura a destra per calcolare la direzione di questo campo. Il risultato è che il campo magnetico dovuto alla corrente indotta è diretto anche verso l'esterno all'interno del circuito. È come se la natura, attraverso questo campo indotto, cercasse di compensare la riduzione del flusso dovuta al campo B. Questo risulta essere sperimentalmente una regola generale, per cui possiamo dire che
La direzione dell'emf indotto è sempre tale da risultare in opposizione al cambiamento che lo produce.
Questa è la legge di Lenz.
Come altro esempio dell'applicazione della legge di Lenz, si consideri una bobina di filo a cui viene improvvisamente collegata una batteria. Supponiamo che la batteria inizi un flusso di corrente in senso orario, come visto dall'osservatore. Questa corrente darà origine ad un campo magnetico le cui linee infileranno la bobina e la circonderanno all'esterno. Così, man mano che la corrente dovuta alla batteria si accumula, c'è un flusso magnetico che cambia attraverso la bobina e questo deve risultare in un emf indotto nella bobina. Qual è la direzione di questo emf indotto? La legge di Lenz ci dice immediatamente che deve essere in senso antiorario, in modo da opporsi all'accumulo di corrente. Allo stesso modo, quando la corrente in un circuito viene interrotta, l'emf indotto cerca di evitare che la corrente si spenga, e questo spiega le scintille osservate quando gli interruttori vengono aperti lentamente. L'emf indotto in un circuito la cui corrente sta cambiando è chiamato emf posteriore, poiché si oppone sempre all'alterazione della corrente. Esso deriva dalla variazione del campo magnetico della corrente stessa, un effetto chiamato auto-induzione.
Se la legge di Lenz non fosse vera, un aumento della corrente in una bobina si tradurrebbe in un emf che aiutasse la batteria applicata, aumentando così ulteriormente la corrente, inducendo più emf e ulteriori aumenti della corrente, all'infinito. Questa sarebbe una situazione instabile e in cui il principio di conservazione dell'energia verrebbe disobbedito.
Questo tipo di ragionamento può essere esteso ad altre situazioni in cui un sistema in equilibrio è spostato e il principio a cui si è arrivati è il seguente.
Quando un sistema in equilibrio viene disturbato, l'equilibrio viene spostato nella direzione che tende ad annullare gli effetti del disturbo.
Questa generalizzazione della legge di Lenz si chiama principio di Le Chatelier.
Lenzs-law-inductor
Domande e risposte
D: Qual è la legge di Lenz?
R: Secondo la legge di Lenz, una forza elettromotrice (emf) indotta genera sempre una corrente il cui campo magnetico si oppone alla variazione del flusso magnetico iniziale.
D: Come appare la legge di Lenz nella legge di Faraday sull'induzione?
R: Nella legge di Faraday sull'induzione, la legge di Lenz è rappresentata da un segno negativo, a indicare che l'emf indotto e la variazione del flusso magnetico sono opposti.
D: In quale direzione scorre la corrente indotta quando B' è diretto dal lato verso l'esterno e la superficie del circuito diminuisce?
A: La corrente indotta viaggia in senso antiorario mentre B' si sposta da un lato all'altro e l'area del circuito diminuisce.
D: Cosa sta cercando di fare la natura con questo campo indotto?
R: La natura sta cercando di compensare la diminuzione del flusso causata dal campo applicato, creando un campo magnetico verso l'esterno nel circuito causato dalla corrente indotta.
D: Cosa succede quando una batteria viene improvvisamente collegata a una bobina conduttrice?
R: Quando una batteria viene improvvisamente collegata a una bobina di filo, si innesca una corrente che, dal punto di vista dell'osservatore, scorre in senso orario. Questo genera un'emf indotta che, secondo la legge di Lenz, è antioraria e resiste all'aumento di corrente causato dall'accoppiamento.
D: Che effetto ha l'autoinduttanza sui circuiti in cui le correnti cambiano?
R: L'autoinduttanza fa sì che un aumento di corrente all'interno di un avvolgimento provochi un'emf per resistere a questo aumento, evitando così situazioni instabili in cui la conservazione dell'energia verrebbe violata.
D: Quale principio può essere esteso dalla legge di Lenz?
R: La legge di Lenz può essere estesa al principio di Le Chatelier, secondo cui quando l'equilibrio di un sistema viene perturbato, l'equilibrio si sposta in modo da annullare gli effetti della perturbazione.
