Lei de Lenz

A lei de Lenz enuncia que, quando houver uma variação de fluxo magnético sobre um condutor fechado, surgirá, nesse condutor, um campo magnético que se oporá a tal variação. Essa lei é uma consequência direta de um princípio da física conhecido como conservação da energia e complementa a lei de indução de Faraday.

Veja também: O que são e de onde surgem as forças dissipativas?

Introdução à lei de Lenz

A lei de Lenz foi estabelecida pelo físico russo Heinrich Lenz e contribuiu com uma outra lei que já existia: a lei de Faraday, também conhecida como a lei da indução eletromagnética. A lei de Lenz atribuiu um novo sentido à lei de Faraday ao levar em conta o princípio de conservação da energia.

A lei da indução eletromagnética havia sido descoberta por Michael Faraday em 1831. De acordo com essa lei, um fluxo magnético variável é capaz de produzir uma corrente elétrica induzida no interior de um condutor fechado, como fios, placas metálicas, espiras ou bobinas metálicas.

A lei de Lenz considerou que o sentido da corrente elétrica induzida nos condutores fosse tal que o campo magnético gerado por essa corrente deveria opor-se à variação do fluxo magnético.

A conclusão de Lenz foi baseada na ideia de que não é possível produzir energia elétrica à vontade, para fazê-lo, uma certa quantidade de energia precisaria ser consumida. Essa energia consumida, por sua vez, é equivalente ao trabalho necessário para aproximar ou afastar um ímã de uma espira condutora, uma vez que o movimento relativo entre ímã e espira dá origem a uma força que se opõe ao movimento.

Fluxo magnético

O fluxo magnético é uma grandeza escalar cuja unidade de medida é o weber (Wb) e que pode ser calculada pelo produto entre a intensidade do campo magnético B, a área que está sendo atravessada pelas linhas de campo e o cosseno do ângulo formado entre o vetor B e a reta normal à superfície de área A, confira:

Φ – fluxo magnético (T.m² ou Wb)

B – campo magnético (T)

A – área (m²)

θ – ângulo entre B e a normal de A (º)

Força eletromotriz induzida

De acordo com a lei de Faraday, a força eletromotriz induzida é o potencial elétrico, em volts, produzido pela variação de um fluxo magnético com relação ao tempo, como mostra a fórmula a seguir:

ΔΦ – variação do fluxo magnético (Wb)

Com as contribuições da lei de Lenz, um sinal matemático foi adicionado à lei anterior. Esse sinal expressa que a polaridade da força eletromotriz induzida é contrária à variação do fluxo magnético:

A figura a seguir mostra o sentido do campo magnético induzido nas bobinas ou espiras de acordo com o sentido do movimento (v) e de variação do campo magnético externo (ΔB), observe:

Veja também: 5 mitos da física em que você sempre acreditou

Aplicações da lei de Lenz

Confira algumas das principais aplicações tecnológicas que fazem uso direto ou indireto da lei de Lenz:

• Geradores elétricos – Uma das principais aplicações da lei de Lenz diz respeito ao sentido da corrente elétrica que é produzida nos geradores de eletricidade. Uma vez que os geradores produzem energia elétrica, de acordo com o movimento de rotação de um conjunto de ímãs com relação a uma bobina, o sentido da corrente elétrica induzida varia periodicamente. Essa corrente é conhecida como corrente alternada e é a corrente elétrica que chega até as residências, por meio dos fios de alta tensão.
• Transformadores – Os transformadores elétricos também são aplicações diretas da lei de Lenz. Esses dispositivos são usados para aumentar ou diminuir a tensão elétrica das linhas de transmissão, para tanto, fazem uso da variação do fluxo magnético entre espiras com diferentes números de enrolamentos.
• Detector de metais – Os detectores de metal produzem um campo magnético oscilante. Quando um metal é atravessado por esse campo magnético, ele dá origem a um campo magnético variável e oposto que pode ser facilmente detectado.
• Freio magnético – Outro exemplo de aplicação da lei de Lenz é o freio magnético, em que um ímã potente é aproximado a um disco de alumínio. Quando o disco está girando, há uma variação do fluxo magnético sobre ele, dessa maneira, uma força magnética surge, opondo-se a tal variação, desse modo, o disco perde velocidade.

Exercícios sobre a lei de Lenz

Questão 1 – (Enem) Os dínamos são geradores de energia elétrica utilizados em bicicletas para acender uma pequena lâmpada. Para isso, é necessário que a parte móvel esteja em contato com o pneu da bicicleta e, quando ela entra em movimento, é gerada energia elétrica para acender a lâmpada. Dentro desse gerador, encontram-se um ímã e uma bobina.

Disponível em: http://www.if.usp.br. Acesso em: 1 maio 2010

O princípio de funcionamento desse equipamento é explicado pelo fato de que a:

A) corrente elétrica no circuito fechado gera um campo magnético nessa região.

B) bobina imersa no campo magnético em circuito fechado gera uma corrente elétrica.

C) bobina em atrito com o campo magnético no circuito fechado gera uma corrente elétrica.

D) corrente elétrica é gerada em circuito fechado por causa da presença do campo magnético.

E) corrente elétrica é gerada em circuito fechado quando há variação do campo magnético.

Gabarito: Letra E

Resolução

A variação do fluxo de um campo magnético através de um condutor fechado produz uma força eletromotriz induzida, portanto, a alternativa correta é a letra D.

Questão 2 – (Fuvest) Aproxima-se um ímã de um anel metálico fixo em um suporte isolante, como mostra a figura. O movimento do ímã, em direção ao anel,

A) não causa efeitos no anel.

B) produz corrente alternada no anel.

C) faz com que o polo sul do ímã vire polo norte e vice-versa.

D) produz corrente elétrica no anel, causando uma força de atração entre anel e ímã.

E) produz corrente elétrica no anel, causando uma força de repulsão entre anel e ímã.

Gabarito: Letra E

Resolução

De acordo com a lei de Lenz, a aproximação entre o ímã e a espira faz com que um campo magnético oposto à variação de fluxo magnético surja, produzindo uma força repulsiva entre ímã e espira, logo, a alternativa correta é a letra E.