Heinrich Lenz

Heinrich Lenz

(1804/02/12 - 1865/02/10)

Físico ruso de origen alemán

• Reconocido por la Ley de Lenz.
• Campos: Física e ingeniería eléctrica
• Padres: Christian Heinrich Friedrich Lenz
• Cónyuges: Anna Lenz
• Hijos: Robert, Emma, Christian Heinrich Fried, Edward Wilhelm, María, Olga
• Nombre: Heinrich Friedrich Emil Lenz

Heinrich Lenz nació el 12 de febrero de 1804 en Dorpat.

Profesor en la Universidad de San Petersburgo.

Estudió la conductividad eléctrica y descubrió independientemente el efecto Joule.

Después de haber finalizado la enseñanza secundaria en 1820, Lenz comenzó con el estudio de física y química en la Universidad de Tartu. Cuando aún contaba dieciocho años de edad, participa en una expedición alrededor del mundo, como geofísico, y durante la misma analiza la presión barométrica, la temperatura y la salinidad de los distintos océanos (Pacifico, Atlántico e Índico) desde 1823 a 1826.

Lenz estudió las condiciones climáticas y las propiedades físicas del agua del mar. Tras ello, fue profesor y rector de la Universidad de San Petersburgo, donde estudió el efecto Peltier, la conductividad de los metales y la variación de la resistencia eléctrica con la temperatura

Investigó los efectos de la inducción eléctrica y de la dependencia de la resistencia al paso de la corriente eléctrica con la temperatura.

Formuló la ley que lleva su nombre y que permite una descripción general de los fenómenos de autoinducción. En ella se sostiene que el campo creado por la fuerza electromotriz derivada de un circuito es tal que tiende a oponerse a la causa que la origina.

En el año 1833 publica los resultados de sus investigaciones acerca de la dependencia de la resistencia eléctrica con la temperatura, llegando a la conclusión de que el valor de la resistencia de un conductor eléctrico aumenta y desciende con el incremento o la disminución de su temperatura.

Heinrich Lenz falleció el 10 de febrero de 1865 en Roma.

Ley de Lenz

Ley: “El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la produce”. 

La Ley de Lenz plantea que los voltajes inducidos serán de un sentido tal que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.

La polaridad de un voltaje inducido es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original. El flujo de un campo magnético uniforme a través de un circuito plano viene dado por: 

Dónde:
Φ = Flujo magnético. La unidad en el SI es el weber (Wb).
B = Inducción magnética. La unidad en el SI es el tesla (T).
S = Superficie del conductor.
α = Ángulo que forman el conductor y la dirección del campo.

Si el conductor está en movimiento el valor del flujo será: 

En este caso la Ley de Faraday afirma que el V ε inducido en cada instante tiene por valor: 

V ε=

El valor negativo de la expresión anterior indica que el V ε se opone a la variación del flujo que la produce. Este signo corresponde a la ley de Lenz.

Esta ley se llama así en honor del físico germano-báltico Heinrich Lenz, quien la formuló en el año 1834.

La Ley de Faraday

La Ley de Inducción electromagnética de Faraday, conocida simplemente como Ley de Faraday, es un principio de la física formulado por el científico británico Michel Faraday en 1831. Esta ley cuantifica la relación entre un campo magnético cambiante y el campo eléctrico creado por sus cambios.

El enunciado de dicha ley sostiene:

“La tensión inducida en un circuito cerrado es directamente proporcional a la rapidez con que cambia en el tiempo el influjo electromagnético que atraviesa una superficie cualquiera con el circuito mismo como borde”.

Lo cual quiere decir que en cualquier circuito cerrado, la fuerza electromagnética es equivalente a la velocidad de variación del flujo magnético del circuito.

Pero para entender esto cabalmente, hará falta revisar el experimento de Faraday: una batería aportaba corriente a una bobina pequeña, creando un campo magnético, a través de espiras (cables metálicos enrollados sobre su propio eje) que intensifican el flujo de energía al operar en serie.

Luego, introduciendo la bobina pequeña en una grande, para forzar el roce de los campos magnéticos, se genera electricidad, cuyas propiedades pueden medirse en un galvanómetro.

De este experimento y la formulación hecha por Faraday, se desprenden numerosas conclusiones respecto a la generación de energía eléctrica, que fueron clave para la Ley de Lenz y para el manejo moderno de la electricidad.

Fórmula de la ley de Faraday

La ley de Faraday usualmente se expresa mediante la siguiente fórmula:

FEM (Ɛ) = dϕ/dt

En donde FEM o Ɛ representan la Fuerza Electromotriz inducida (la tensión), y el resto es la tasa de variación temporal el flujo magnético ϕ.

Ley de Faraday-Lenz y Corrientes Inducidas. En 1831, Michael Faraday demostró experimentalmente que se produce, mediante el fenómeno de inducción, una corriente eléctrica en un circuito cuando se lo somete a la acción de un campo magnético que varía con el tiempo. Además, la corriente “inducida” circula por el circuito, siempre y cuando, exista la variación del campo magnético. Esto se puede expresar de la siguiente forma: “Si se induce una corriente, en un circuito, podremos suponer que, en el circuito, ha aparecido un generador de corriente, o bien, en el circuito se ha generado una fem inducida” La fem inducida está asociada a la variación del flujo magnético a través del circuito, y su valor está determinado por la ley de Faraday. Por lo tanto, un campo magnético variable induce una fem. Es posible hacer una serie de experiencias que demuestran estas descripciones realizadas por Faraday. La Figura 6 muestra una experiencia que consiste en una espira cuyos extremos están conectados a un amperímetro para detectar la circulación de corriente. Con este instrumento podremos detectar si hay corriente inducida.

Ley de Faraday-Lenz y Corrientes Inducidas. En 1831, Michael Faraday demostró experimentalmente que se produce, mediante el fenómeno de inducción, una corriente eléctrica en un circuito cuando se lo somete a la acción de un campo magnético que varía con el tiempo. Además, la corriente “inducida” circula por el circuito, siempre y cuando, exista la variación del campo magnético. Esto se puede expresar de la siguiente forma: “Si se induce una corriente, en un circuito, podremos suponer que, en el circuito, ha aparecido un generador de corriente, o bien, en el circuito se ha generado una fem inducida” La fem inducida está asociada a la variación del flujo magnético a través del circuito, y su valor está determinado por la ley de Faraday. Por lo tanto, un campo magnético variable induce una fem. Es posible hacer una serie de experiencias que demuestran estas descripciones realizadas por Faraday. La Figura 6 muestra una experiencia que consiste en una espira cuyos extremos están conectados a un amperímetro para detectar la circulación de corriente. Con este instrumento podremos detectar si hay corriente inducida.

La Ley de Joule-Lenz

Determina la cantidad de calor que desprende un conductor por el que pasa una corriente eléctrica.

Calentamiento de los conductores por corriente eléctrica

Los cuerpos están compuestos por moléculas, que nunca están en estado de reposo. Cuanta más alta sea la temperatura del cuerpo, más rápido será el movimiento de dichas moléculas. Ahora bien, cuando por un conductor (cuerpo) circula una corriente eléctrica, el movimiento entre las partículas se acelera, provocando un desprendimiento de calor motivado por la fricción, cantidad de calor esta medida en calorías (cal); una caloría es la cantidad de calor necesaria para calentar 1g de agua en 1°C. Alrededor de la cantidad de calor que se desprende de un conductor por el que pasa una corriente eléctrica, es que gira la Ley de Joule-Lenz.

Historia

Esta ley de la física fue formulada en 1841 por el físico inglés Joule, y más tarde, en 1884, por el académico ruso Emil Lenz. En esencia, la ley se basa en las relaciones cuantitativas que tienen lugar durante el calentamiento de un conductor al paso de una corriente eléctrica.

La ley

Experimentalmente ha sido establecido que la cantidad de calor desprendida en un conductor por efecto de la corriente eléctrica, depende de la resistencia del mismo, de la intensidad de la corriente aplicada y del tiempo que dure su recorrido.

Teniendo en cuenta que:

1kW = 1 / 0,736 CV = 1,36 CV

de donde:

1 kgm / seg = 1 / 75 CV = 736 / 75 W = 9,81 J / seg

1 J = 1 kgm / 9,81 = 0,102 kgm

Ya que:

1 cal = 0,427 kgm, entonces:

1 J = 0,102 / 0,427 cal = 0,24 cal

Por tanto:

1J = 0,24 cal

Por otra parte, la corriente eléctrica se determina por la formula: A = I² Rt J,

Y como la energía eléctrica se consume en forma de calor, la cantidad de este desprendida vendrá dada por:

Q = 0,24 I² Rt dada en cal

En resumen, la cantidad de calor en calorías, que desprende la corriente al pasar por un conductor, es igual al coeficiente 0,24 multiplicado por el cuadrado de la intensidad en amperios, la resistencia en ohmios y el tiempo en segundos.

La inducción magnética 

Es el proceso mediante el cual campos magnéticos generan campos eléctricos. Al generarse un campo eléctrico en un material conductor, los portadores de carga se verán sometidos a una fuerza y se inducirá una corriente eléctrica en el conductor.

Cualquier dispositivo (batería, pila…) que mantiene la diferencia de potencial entre dos puntos en un circuito se llama fuente de alimentación.

La fuerza electromotriz ε (fem) de una fuente se define como el trabajo realizado por el dispositivo por unidad de carga, por lo que las unidades de fuerza electromotriz son los voltios. Cuando decimos que un campo magnético genera una corriente eléctrica en un conductor, nos referimos a que aparece una FEM (llamada fem inducida) de modo que las cargas del conductor se mueven generando una corriente (corriente inducida).

Este hecho se observa fácilmente en el siguiente experimento: si acercamos o alejamos un imán a un conductor que no está conectado a ninguna fuente de fuerza electromotriz, se detecta con un amperímetro que aparece una corriente eléctrica en el conductor. La corriente desaparece si el imán se mantiene en la misma posición, por lo que se llega a la conclusión de que sólo una variación del flujo del campo magnético con respecto al tiempo genera corriente eléctrica.

Investigaciones:

Conocido por formular la Ley de Lenz en 1833, cuyo enunciado es el siguiente:

“El sentido de las corrientes o fuerza electromotriz inducida es tal que se opone siempre a la causa que la produce, o sea, a la variación del flujo”.

Enunció una ley que permite conocer la dirección y el sentido de la corriente inducida en un circuito eléctrico. La ley de Lenz permite una descripción general de los fenómenos de autoinducción: el campo creado por la fuerza electromotriz derivada de un circuito tiende a oponerse a la causa que lo produce.

También descubrió independientemente la Ley de Faraday (que no incluía el signo negativo referente a la oposición de la FEM) en 1842; en consideración a sus esfuerzos en el problema, los físicos suelen usar el nombre “Ley de Faraday-Lenz. Por otra parte, en 1833 Lenz publicó los resultados de sus investigaciones acerca de la dependencia de la resistencia eléctrica con la temperatura: la resistencia de un conductor aumenta al aumentar la temperatura.

También realizó investigaciones significativas sobre la conductividad de los cuerpos en relación con su temperatura, descubriendo en 1843 la relación entre ambas, lo que luego fue ampliado y desarrollado por James Prescott Joule, por lo que pasaría a llamarse “Ley de Joule”.

La aportación de Lenz se expresa añadiendo un signo menos a la ley de Faraday (Ecuación).

Teniendo en cuenta la Ley de Lenz, es fácil deducir el sentido de la corriente en las experiencias de Faraday. En la primera experiencia de Faraday,  al acercar el polo norte del imán, las líneas de campo que atraviesan la superficie de la espira aumentan y con ello el flujo. Por tanto en la espira se inducirán unas corrientes i, tales que contrarresten el aumento de flujo, esto es, dichas corrientes generaran un campo Bi contrario al provocado por el imán para contrarrestar su aumento.

Obras más destacadas y reconocimientos:

• Ley de Lenz.
• Se completó la Ley de Faraday por lo que es habitual llamarla también Ley de Faraday-Lenz para hacer honor a sus esfuerzos en el problema.
• Aporto la conductividad de los cuerpos en relación con su temperatura que luego fue ampliado y desarrollado por James Prescott Joule, por lo que pasaría a llamarse “Ley de Joule”.
• En el año 1833 publica los resultados de sus investigaciones acerca de la dependencia de la resistencia eléctrica con la temperatura, llegando a la conclusión de que el valor de la resistencia de un conductor eléctrico aumenta y desciende con el incremento o la disminución de su temperatura.
• Estudió las condiciones climáticas y las propiedades físicas del agua del mar.
• Alcanza los cargos de decano de Matemáticas y Física en la Academia de ciencias de San Petersburgo.
• Realiza trabajos de investigación acerca de los efectos de la inducción eléctrica.

Fuentes:

o   Víctor Moreno, María E. Ramírez, Cristian de la Oliva, Estrella Moreno y otros Website: Buscabiografias.com. (2016/02/12). biografía de Heinrich Lenz. 13/02/2020, de buscabiografias.com Sitio web: https://www.buscabiografias.com/biografia/verDetalle/6497/Heinrich%20Lenz

o   GRUP SAS. (2015). DESCUBRIMIENTO DE LAS ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS. 13/02/2020, de CESF Sitio web: http://www.casdreams.com/cesf/foc/fo/antenas_conceptos_basicos.pdf

              Fuente: https://concepto.de/ley-de-faraday/#ixzz6DtTw3Se4