Heinrich Lenz (nimetatud ka Emil Lenziks) oli baltisaksa füüsik, kellel ei pruugi olla kuulsust mõnest tema varasemast 19. sajandi eakaaslastele meeldib Michael Faraday, kuid kes siiski aitasid kaasa võtmetükile selle saladuste lahendamisel elektromagnetism.
Samal ajal, kui mõned tema eakaaslastest sarnaseid avastusi tegid, anti Lenzi nimiLenzi seadus suures osas tänu nutikale märkmete tegemisele, katsete põhjalikule dokumenteerimisele ja pühendumisele teaduslikule meetodileselleks ajaks haruldane. Seadus ise moodustab olulise osaFaraday elektromagnetilise induktsiooni seadusja ütleb teile konkreetseltsuundmilles voolab indutseeritud vool.
Seaduse järgi võib algul olla keeruline oma pead ümber käia, kuid kui saate põhikontseptsioonist aru, saate sellega hästi hakkama teed elektromagnetismi tundlikumale mõistmisele, sealhulgas praktilistele küsimustele, nagu pöörise probleem hoovused.
Faraday seadus
Faraday induktsiooniseadus ütleb, et indutseeritudelektromotoorjõud(EMF, mida tavaliselt nimetatakse pingeks) traadimähises (või lihtsalt aasa ümber) on miinus selle voolu läbiva magnetvoo muutumiskiirus. Matemaatiliselt ja asendades tuletis lihtsama muutusega (mida tähistab ∆), ütleb seadus:
\ text {indutseeritud EMF} = −N \ frac {∆ϕ} {∆t}
Kuston aeg,Non traadi mähises pöörete arv ja phi (ϕ) on magnetvoog. Magnetvoo määratlus on selle võrrandi jaoks üsna oluline, seega tasub meeles pidada, et see on:
ϕ = \ bm {B ∙ A} = BA \ cos (θ)
mis seostab magnetvälja tugevust,B, silmuse piirkondaAja nurk silmuse ja välja vahel (θ), mille silmusenurk on määratletud piirkonnaga risti (s.t. otse silmusest välja suunatud). Kuna võrrand hõlmab cos-i, on see maksimaalsel väärtusel, kui väli on otseselt tsükliga joondatud, ja 0-l, kui see on tsükliga risti (st. Külgsuunas).
Kokkuvõttes näitavad need võrrandid, et ristlõikepinda muutes saate traadimähis luua EMF-iA, magnetvälja tugevusBvõi ala ja magnetvälja vaheline nurk. Indutseeritud elektromagnetvälja suurus on otseselt proportsionaalne nende suuruste muutumise kiirusega ja loomulikult ei pea see EMF-i esilekutsumiseks olema ainult üks neist muutustest.
Faraday seadust kasutas James Clerk Maxwell ühe oma neljast elektromagnetismi seadusest, ehkki seda väljendatakse tavaliselt magnetväli suletud ahela ümber (mis on sisuliselt veel üks viis indutseeritud EMF-i ütlemiseks) ja muutuse kiirust väljendatakse tuletis.
Lenzi seadus
Lenzi seadus on kapseldatud Faraday seadustesse, kuna see ütleb meile indutseeritud elektrivoolu suuna. Lihtsaim viis Lenzi seaduse väljaütlemiseks on see, et magnetvoo muutused indutseerivad voolud selles suunasvastandub muutussee selle põhjustas.
Teisisõnu, kuna praeguse voolu korral tekitab see oma magnetvälja, siis indutseeritud vool on selline, et uus magnetväli on vastupidises suunas kui voog muudab seda selle loonud. See on negatiivse märgi tõttu kapseldunud Faraday seadustesse; see ütleb teile, et indutseeritud EMF on vastu magnetvoo algsele muutusele.
Kujutage lihtsa näitena ette traatpiraali, mille välimine magnetväli on suunatud paremale küljele (s.t. mähise keskpunkt ja vasakpoolsed väljajooned) ning väli suureneb, kuid jääb samaks suund. Sellisel juhul voolab traadis indutseeritud vool nii, et tekitaks magnetvälja, mis näitab mähisest paremale.
Kui väline väli selle asemel väheneks, voolaks indutseeritud vool nii, et tekitaks magnetvälja algsega samas suunas, sest see neutraliseerib voomuudatusedselle asemel, et lihtsalt väljale vastu astuda. Sellest ajast pealeneutraliseerib muutuse ja mitte tingimata suuna, see tähendab, et see loob mõnikord välja vastassuunas ja mõnikord samas suunas.
Selle eristamiseks võite kasutada parema käe reeglit (mõnikord nimetatakse seda parema käe reegliks) teine füüsikas kasutatav parempoolne reegel) saadud elektri suuna määramiseks praegune. Reeglit on üsna lihtne rakendada: töötage välja indutseeritud tekitatud magnetvälja suund voolu ja suunake parema käe pöial selles suunas ning seejärel keerutage sõrmed sissepoole. Suund, kuhu sõrmed kõverduvad, on suund, mille vool voolab läbi traatimähise.
Lenzi seaduse näited
Mõni konkreetne näide Lenzi seaduse toimimisest aitab kontseptsioone kinnistada ja lihtsaim on väga sarnane ülaltoodud näitega: traadimähis, mis liigub magnetvälja või sellest välja. Kui silmus liigub väljale, suureneb silmuse läbiv magnetvoog (vastupidises suunas spiraal), indutseerides voolu, mis on vastu voo muutumise kiirusele ja tekitab seega magnetvälja selle suunas liikumine.
Kui mähis liigub teie poole, näitavad parempoolne reegel ja Lenzi seadus, et vool voolaks vastupäeva. Kui mähis liikusväljavälja muutuv magnetvoog oleks põhimõtteliselt suurenemise asemel järkjärguline vähendamine, nii et indutseeritakse täpselt vastupidine vool.
See olukord on analoogne vardamagneti liigutamisega mähise keskele või keskelt välja, sest magneti sisseviimisel oleks väli tugevnemine ja indutseeritud magnetväli toimiks magneti liikumise vastu, nii et vastupäeva magnet. Traadimähise keskelt välja liikudes oleks magnetvoo langus ja indutseeritud magnetiline väli töötaks jällegi magneti liikumise vastu, seekord magneti perspektiivist päripäeva.
Keerulisem näide hõlmab traadimähist, mis pöörleb fikseeritud magnetväljas, sest nurga muutudes oleks ka silmuse läbiv vool. Voo vähenemise ajal tekitaks indutseeritud elektrivool magnetvälja, et takistada voo muutusi, nii et see oleks välise väljaga samas suunas. Voo suurenemise ajal juhtub vastupidine ja vool indutseeritakse magnetvoo suurenemise vastu, seega välisele väljale vastupidises suunas. See tekitab vahelduva pinge (kuna indutseeritud EMF lülitub iga kord, kui silmus pöörleb 180 kraadi) ja seda saab kasutada vahelduvvoolu genereerimiseks.
Lenzi seadus ja Eddy Currents
Pöörisvool on nimi väikestele elektrivooludele, mis järgivad Lenzi seadust. Eelkõige kasutatakse seda nime aga viidates väikestele voolujuhtmetele juhtmetes, mis on analoogsed keeristega, mida näete oma aerude ümber vees aerutades.
Kui juhti liigutatakse läbi magnetvälja - näiteks nagu metallpendel, mis õõtsub pooluste vahel hobuseraua magnet - tekivad pöörisvoolud ja vastavalt Lenzi seadusele neutraliseerivad need liikumine. See viib magnetilise sumbumiseni (kuna indutseeritud väli töötab tingimatavastuselle tekitanud liikumine), mida saab produktiivselt kasutada näiteks magnetpidurisüsteemides rullnokkide jaoks, kuid see on energia raiskamise põhjus selliste seadmete jaoks nagu generaatorid ja trafod.
Kui pöörisvoolusid tuleb vähendada, eraldatakse juht õhukeste isoleerkihtide abil mitmeks osaks, mis piiravad pöörisvoolude suurust ja vähendavad energiakadu. Kuna pöörisvoolud on aga Faraday ja Lenzi seaduste vajalik tagajärg, ei saa neid täielikult takistada.
