¿Por qué la ley de Lenz no predice el comportamiento de una barra sobre resortes en un campo magnético?

Esto proviene de una de las preguntas de respuesta libre del examen AP Physics B 2014.

diagrama de barra suspendida por resortes en campo magnético

5. (15 puntos) Una barra conductora de masa metro y longitud L cuelga en reposo de dos resortes conductores idénticos, cada uno con constante de resorte k , como se muestra en la figura de arriba a la izquierda. Los extremos superiores de los resortes se fijan en puntos PAG y q , y la barra está en un campo magnético uniforme B dirigido a la página. Luego se conecta una batería entre puntos PAG y q , como se muestra en la figura de arriba a la derecha, lo que resulta en una corriente I en la varilla La varilla se desplaza hacia abajo y eventualmente alcanza una nueva posición de equilibrio con los resortes estirados una distancia adicional. Δ y .

(a) ¿Qué punto, PAG o q , está conectado al terminal positivo de la batería? Justifica tu respuesta.

La respuesta es Q. Pero puse P. Dije que habrá un cambio y un aumento en el flujo. Esto significa, por la Ley de Lenz, que habrá un campo magnético inducido en la dirección opuesta. Usando la regla de la mano, apunta con el pulgar en la dirección del campo magnético y ENCRUZA los dedos hacia la dirección de la corriente, lo que lo hace en sentido contrario a las agujas del reloj. Por lo tanto, se puede ver que P es la respuesta correcta.

¿Por qué mi respuesta es incorrecta? Mis otros compañeros de clase me dicen que la respuesta es Q, ¿por qué?

Respuestas (3)

La respuesta es Q porque puedes ver en la segunda imagen que se aplica una fuerza hacia abajo a la varilla cuando se conecta la batería. Debido a que el campo se dirige hacia la página, la corriente debe moverse desde el punto Q al punto P para crear esta fuerza hacia abajo.

Es cierto que al pasar de la posición inicial a la final, habrá una corriente inducida debido al cambio de flujo, pero este es un efecto transitorio que ya no ocurre una vez que la barra alcanza el equilibrio, y supongo que la corriente creada por el batería empequeñece este efecto transitorio de todos modos.

bien, ¿entonces la corriente creada por la batería se opone a la corriente inducida creada por el cambio de flujo? En general, ¿esto da como resultado que no fluya corriente hacia el circuito cuando alcanza el equilibrio?
No, una vez que el bucle alcanza el equilibrio, la corriente no es cero. Una vez que el bucle alcanza el equilibrio, ya no hay un flujo cambiante, lo que significa que no hay más corriente inducida. Eso es lo que quise decir cuando dije que la corriente inducida es un efecto transitorio. Una vez que el bucle ya no se mueve, la corriente es suministrada únicamente por la batería.

La ley de Lenz es el principio físico incorrecto para usar aquí. Se aplica cuando hay un cambio en el flujo magnético que provoca una corriente, pero en este caso es al revés: la corriente provoca el cambio de flujo al hacer que la barra se mueva. Debido a que la corriente proviene de la batería, no de un flujo magnético cambiante, no usa la ley de Lenz.

Ahora, a medida que la barra se mueve, hay un cambio en el flujo, y ese cambio en el flujo provocará una corriente inducida además de la corriente de la batería. En realidad, la corriente inducida fluye en dirección opuesta a la corriente original, por lo que cancela un poco de la corriente original. (La corriente inducida es generalmente mucho menor que la corriente original). Pero la corriente inducida no importa en este problema; solo necesita saber acerca de la corriente original.

Como la barra ha sido empujada hacia abajo debido a la interacción magnética, podemos averiguarlo usando F = I L × B que la corriente va de Q a P.

Ahora, si quieres aplicar las leyes de Lenz, encontrarías que un flujo creciente induciría una corriente que va de P a Q, pero esa es una corriente inducida y lo que se nos pide es decir cuál es el terminal positivo de la batería. ¡Esto ha sido determinado en el párrafo anterior para ser solo Q!

¿Por qué la ley de Lenz no predice el comportamiento de una barra sobre resortes en un campo magnético?
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