Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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La ley de Lenz


La ley de Lenz es un principio fundamental en electromagnetismo, una rama de la física que se ocupa de la interacción de los campos eléctricos y magnéticos. Lleva el nombre del físico alemán Heinrich Lenz, quien la formuló en 1834. La ley de Lenz relaciona la dirección de la fuerza electromotriz (fem) inducida y la corriente producida por un cambio en el flujo magnético. Esta ley es esencial para comprender la inducción electromagnética, el proceso de producir corriente eléctrica a partir de un campo magnético. La ley de Lenz se formula de manera simple en este contexto: la dirección de la corriente inducida será tal que se oponga al cambio en el flujo magnético que la produjo.

Comprender los fundamentos

Para entender adecuadamente la ley de Lenz, es importante primero comprender el concepto de flujo magnético e inducción electromagnética. El flujo magnético es una medida del número de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie dada. Se define matemáticamente como:

Φ = B * A * cos(θ)

Donde Φ es el flujo magnético, B es la intensidad del campo magnético, A es el área a través de la cual pasan las líneas de campo, y θ es el ángulo entre las líneas de campo y la normal a la superficie.

La inducción electromagnética se refiere a la producción de una fuerza electromotriz (fem) en un conductor cuando está expuesto a un campo magnético cambiante. La ley de inducción de Faraday, descubierta por Michael Faraday, cuantifica este proceso. Afirma que la fem inducida en cualquier circuito cerrado es igual a la tasa de cambio del flujo magnético a través del circuito.

Enunciado de la ley de Lenz

La ley de Lenz amplía el descubrimiento de Faraday al determinar la dirección de la corriente inducida. La ley de Lenz se enuncia de la siguiente manera:

La dirección de la fuerza electromotriz y corriente inducidas en un circuito cerrado es tal que se opone al cambio en el flujo magnético que las produce.

Ejemplo: imán en movimiento

Para entender mejor la ley de Lenz, imaginemos un ejemplo. Supongamos un imán en forma de barra que se mueve hacia un lazo de alambre conductor. A medida que el imán se acerca, el flujo magnético a través del lazo aumenta.

N S imán en movimiento

De acuerdo con la ley de Lenz, la corriente inducida en el lazo crea un campo magnético que se opone al aumento en el flujo magnético. El lazo entonces actúa como un imán con su propio polo opuesto al polo adyacente del imán de barra. Si el polo norte del imán se mueve hacia el lazo, el lazo induce una corriente que crea un polo norte en el lado más cercano para repeler el imán adyacente.

Formulación matemática de la ley de Lenz

La ley de Lenz se incluye naturalmente en la ley de inducción de Faraday a través del signo negativo.

ε = -dΦ/dt

En esta fórmula, ε representa la fem inducida, y -dΦ/dt representa la tasa de cambio de flujo magnético. El signo negativo es la expresión matemática de la ley de Lenz, que muestra que la fem inducida está en la dirección opuesta al cambio en el flujo magnético.

Otro ejemplo: cambio de la región

Consideremos un lazo de alambre con un área cambiante ubicado en un campo magnético uniforme. Cuando el área del lazo cambia, el flujo magnético cambia en consecuencia. Si el área del lazo aumenta, la ley de Lenz predice que la corriente inducida fluirá en una dirección que produzca un campo magnético opuesto al aumento.

Área creciente

La ley de Lenz en fenómenos cotidianos

Si bien los ejemplos teóricos ayudan a aclarar conceptos, la ley de Lenz es observable en muchas situaciones del mundo real:

  • Cocina de inducción: En la cocción por inducción, los recipientes actúan como un lazo, y el campo magnético cambiante generado por la placa induce corrientes de Foucault dentro de los recipientes. Estas corrientes calientan el recipiente directamente debido a la resistencia.
  • Frenado magnético en trenes: Algunos trenes utilizan el principio de inducción electromagnética para frenar. Cuando imanes potentes se alternan contra los rieles o ruedas metálicos, se forman corrientes de Foucault y crean un campo magnético opuesto al movimiento, ralentizando el tren.
  • Guitarra eléctrica: Las pastillas en las guitarras eléctricas utilizan la ley de Lenz para convertir las vibraciones de las cuerdas en señales eléctricas. El movimiento de la cuerda cambia el campo magnético, induciendo una corriente en la bobina, que luego se amplifica para producir sonido.

Visualización conceptual: corrientes de Foucault

Las corrientes de Foucault proporcionan otra aplicación interesante de la ley de Lenz. Estas son bucles de corrientes eléctricas inducidas dentro de un conductor por un campo magnético cambiante. Pueden crear una resistencia eléctrica significativa, haciendo que el material se caliente.

Conductor

La ley de Lenz y la conservación de la energía

La ley de Lenz está estrechamente relacionada con la ley de conservación de la energía. Al oponerse a los cambios en el flujo magnético, asegura que la energía se conserve. El trabajo realizado para cambiar el flujo magnético, como mover un imán hacia una bobina, se convierte en energía eléctrica en la bobina.

Conclusión

La ley de Lenz es una piedra angular de la teoría electromagnética, proporcionando información sobre el comportamiento de los circuitos y materiales en campos magnéticos cambiantes. Al oponerse a los cambios en los campos magnéticos, asegura la conservación de la energía y proporciona aplicaciones prácticas en muchas tecnologías y dispositivos cotidianos. Comprender la ley de Lenz nos proporciona una perspectiva importante sobre la interacción entre la electricidad y el magnetismo en el mundo físico.


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