Questão 2: Enuncie a lei de Lenz e discuta exemplos de sua aplicação. Justifique a lei de Lenz com base no princípio de conservação da energia.

Passo 1

O enunciado nos pede para (a) enunciar a lei de Lenz, (b) discutir exemplos de aplicação e (c) justificar essa lei a partir do princípio da conservação de energia. O conteúdo principal é indução eletromagnética, em particular a forma da lei de Faraday com o sinal de Lenz, e a conversão de energia mecânica em elétrica e térmica.

Passo 2

A lei de Lenz estabelece que a força eletromotriz induzida em um circuito tem sinal tal que a corrente resultante cria um campo magnético que se opõe à variação do fluxo magnético original. Em termos da lei de Faraday, escrevemos:
\mathcal{E} \;=\; -\,\frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t},
onde \Phi é o fluxo magnético através da superfície limitada pelo circuito. O sinal negativo é justamente a manifestação quantitativa da oposição descrita pela lei de Lenz.

Passo 3

Exemplos de aplicação da lei de Lenz:
– Quando aproximamos um ímã de uma bobina, a corrente induzida na bobina gera um pólo magnético que repele o ímã, dificultando o movimento.
– Se deixamos cair um ímã dentro de um tubo condutor (por exemplo, de cobre), ele desce muito mais devagar do que no vácuo, pois as correntes de Foucault induzidas no tubo criam um campo que se opõe à queda.
– Em freios por correntes de Foucault (usados em trens de alta velocidade), um imã próximo a um disco metálico induce correntes que geram forças de freio sem contato mecânico.
– No fogão de indução, correntes de Foucault aquecem diretamente o fundo da panela porque a variação de fluxo induz correntes que dissipam energia em forma de calor.

Passo 4

Para justificar a lei de Lenz via conservação de energia, imagine alterar o fluxo sem a oposição de Lenz. Nesse caso, o circuito forneceria energia elétrica sem custo algum, criando energia do nada e violando o primeiro princípio da termodinâmica. Em vez disso, o sinal negativo garante que o trabalho mecânico necessário para variar o fluxo (por exemplo, mover o ímã) seja convertido em energia elétrica e depois dissipada (por exemplo, em calor pelas resistências internas), de modo que a energia total se conserva.

Resposta

A lei de Lenz afirma que a corrente induzida em um circuito cria um campo magnético que se opõe à variação do fluxo magnético que a gerou, formalizada pela expressão
\mathcal{E} = -\,\frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}.
Exemplos incluem a repulsão de um ímã ao aproximar-se de uma bobina, a queda retardada de um ímã em tubo condutor, os freios por correntes de Foucault em trens e o aquecimento por indução em fogões. O sinal negativo assegura que o trabalho mecânico realizado para alterar o fluxo magnético seja convertido em energia elétrica (e, em seguida, térmica), evitando a criação de energia do nada e obedecendo à conservação de energia.

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