लेन्ज़ का नियम (भौतिकी) परिभाषा, समीकरण और उदाहरण

हेनरिक लेनज़ (एमिल लेनज़ के रूप में भी जाना जाता है) एक बाल्टिक-जर्मन भौतिक विज्ञानी थे, जिनके पास अपने कुछ शुरुआती लोगों की प्रसिद्धि नहीं हो सकती है माइकल फैराडे जैसे 19वीं सदी के साथी, लेकिन जिन्होंने अभी भी. के रहस्यों को सुलझाने में महत्वपूर्ण योगदान दिया है विद्युत चुंबकत्व।

जबकि उनके कुछ साथी इसी तरह की खोज कर रहे थे, लेन्ज़ का नाम दिया गया थालेन्ज़ का नियम​ ​बड़े हिस्से में उनके तेज नोटबंदी, उनके प्रयोगों के व्यापक दस्तावेजीकरण और वैज्ञानिक पद्धति के प्रति समर्पण के कारणसमय के लिए असामान्य। कानून स्वयं का एक महत्वपूर्ण अंग हैफैराडे का विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का नियम, और विशेष रूप से आपको बताता हैदिशाजिसमें प्रेरित धारा प्रवाहित होती है।

हो सकता है कि पहली बार में कानून को अपना सिर घुमाना मुश्किल हो, लेकिन एक बार जब आप मुख्य अवधारणा को समझ लेते हैं, तो आप ठीक हो जाएंगे एड़ी की समस्या जैसे व्यावहारिक मुद्दों सहित विद्युत चुंबकत्व की अधिक गहरी समझ के लिए आपका रास्ता धाराएं।

फैराडे के प्रेरण के नियम में कहा गया है कि प्रेरितविद्युत प्रभावन बल(ईएमएफ, जिसे आमतौर पर "वोल्टेज" के रूप में संदर्भित किया जाता है) तार के एक तार में (या बस, एक लूप के आसपास) उस लूप के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन की दर को घटाता है। गणितीय रूप से, और व्युत्पन्न को एक सरल "परिवर्तन" (∆ द्वारा दर्शाया गया) के साथ प्रतिस्थापित करते हुए, कानून कहता है:

कहा पेतोसमय है,नहींतार की कुण्डली में फेरों की संख्या है और फी (ϕ) चुंबकीय फ्लक्स है। इस समीकरण के लिए चुंबकीय प्रवाह की परिभाषा बहुत महत्वपूर्ण है, इसलिए यह याद रखने योग्य है कि यह है:

जो चुंबकीय क्षेत्र की ताकत से संबंधित है,ख, लूप के क्षेत्र मेंए, और लूप और क्षेत्र के बीच का कोण (θ), लूप कोण के साथ क्षेत्र के लंबवत के रूप में परिभाषित किया गया है (यानी, सीधे लूप से बाहर की ओर इशारा करते हुए)। चूंकि समीकरण में कॉस शामिल होता है, यह अधिकतम मान पर होता है जब फ़ील्ड सीधे लूप के साथ संरेखित होता है, और 0 पर जब यह लूप के लंबवत होता है (यानी, "साइड-ऑन")।

एक साथ लिया गया, इन समीकरणों से पता चलता है कि आप क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र को बदलकर तार के तार में एक ईएमएफ बना सकते हैंए, चुंबकीय क्षेत्र की ताकतख, या क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र के बीच का कोण। प्रेरित ईएमएफ का परिमाण इन मात्राओं के परिवर्तन की दर के सीधे आनुपातिक है, और निश्चित रूप से ईएमएफ को प्रेरित करने के लिए इन परिवर्तनों में से एक होना जरूरी नहीं है।

फैराडे के नियम का उपयोग जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने विद्युत चुंबकत्व के अपने चार कानूनों में से एक के रूप में किया था, हालांकि इसे आमतौर पर लाइन इंटीग्रल के रूप में व्यक्त किया जाता है एक बंद लूप के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र (जो अनिवार्य रूप से प्रेरित ईएमएफ कहने का एक और तरीका है) और परिवर्तन की दर के रूप में व्यक्त किया जाता है व्युत्पन्न।

लेन्ज़ का नियम फैराडे के नियम में समाहित है क्योंकि यह हमें उस दिशा को बताता है जिसमें प्रेरित विद्युत धारा प्रवाहित होती है। लेन्ज़ के नियम को बताने का सबसे सरल तरीका यह है कि चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन धाराओं को उस दिशा में प्रेरित करता है जोका विरोध करता है​ ​बदलावजिससे इसका कारण बना।

दूसरे शब्दों में, क्योंकि जब करंट प्रवाहित होता है तो यह अपना चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, की दिशा प्रेरित धारा ऐसी होती है कि नया चुंबकीय क्षेत्र फ्लक्स परिवर्तन के विपरीत दिशा में होता है इसे बनाया। यह नकारात्मक चिह्न के कारण फैराडे के नियम में समाहित है; यह आपको बताता है कि प्रेरित ईएमएफ चुंबकीय प्रवाह में मूल परिवर्तन का विरोध करता है।

एक साधारण उदाहरण के लिए, एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के साथ तार के एक तार की कल्पना करें जो सीधे दाहिने हाथ की ओर से (यानी, अंदर की ओर इशारा करता है) कुंडल का केंद्र और बाईं ओर इंगित करने वाली क्षेत्र रेखाएं), और बाहरी क्षेत्र तब परिमाण में बढ़ रहा है लेकिन वही बनाए रखता है दिशा। इस मामले में, तार में प्रेरित धारा प्रवाहित होगी ताकि कुंडली से दाईं ओर इंगित करने वाला चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न हो।

यदि बाहरी क्षेत्र परिमाण में कम हो जाता है, तो प्रेरित धारा प्रवाहित होगी ताकि मूल क्षेत्र के समान दिशा में एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न हो, क्योंकि यह प्रवाह का प्रतिकार करता हैपरिवर्तनकेवल मैदान का विरोध करने के बजाय। इस समय सेपरिवर्तन का प्रतिकार करता है और जरूरी नहीं कि दिशा, इसका मतलब है कि यह कभी विपरीत दिशा में और कभी उसी दिशा में एक फ़ील्ड बनाता है।

आप दाएं हाथ के नियम का उपयोग कर सकते हैं (इसे कभी-कभी दाएं हाथ पकड़ नियम कहा जाता है ताकि इसे अलग किया जा सके परिणामी विद्युत की दिशा निर्धारित करने के लिए भौतिकी में प्रयुक्त दूसरा दाहिना हाथ नियम) वर्तमान। नियम को लागू करना काफी आसान है: प्रेरित द्वारा बनाए गए चुंबकीय क्षेत्र की दिशा का पता लगाएं चालू करें और अपने दाहिने हाथ के अंगूठे को उस दिशा में इंगित करें, और फिर अपनी अंगुलियों को अंदर की ओर घुमाएं। जिस दिशा में आपकी उंगलियां कर्ल करती हैं वह दिशा तार के तार के माध्यम से प्रवाहित होती है।

लेन्ज़ का नियम व्यवहार में कैसे काम करता है, इसके कुछ ठोस उदाहरण अवधारणाओं को मजबूत करने में मदद करेंगे, और सरलतम ऊपर के उदाहरण के समान ही है: तार का एक तार चुंबकीय क्षेत्र में या बाहर जा रहा है। जैसे-जैसे लूप क्षेत्र में जाता है, लूप के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह बढ़ जाएगा (गति के विपरीत दिशा में) कॉइल), एक करंट को प्रेरित करता है जो फ्लक्स के परिवर्तन की दर का विरोध करता है, और इस तरह इसकी दिशा में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है गति।

यदि कुण्डली आपकी ओर गति कर रही है, तो दाएँ हाथ का नियम और लेन्ज़ का नियम दर्शाता है कि धारा वामावर्त दिशा में प्रवाहित होगी। अगर कुंडल चल रहा थाबाहरक्षेत्र के, बदलते चुंबकीय प्रवाह मूल रूप से वृद्धि के बजाय क्रमिक कमी होगी, इसलिए सटीक विपरीत धारा प्रेरित होगी।

यह स्थिति छड़ चुम्बक को कुण्डली के केंद्र में या बाहर ले जाने के समान है, क्योंकि चुम्बक को अंदर ले जाने पर क्षेत्र होगा मजबूत हो रहा है और प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र चुंबक की गति का विरोध करने के लिए काम करेगा, इसलिए, के परिप्रेक्ष्य से वामावर्त चुंबक तार के तार के केंद्र से बाहर जाने पर चुंबकीय प्रवाह कम हो जाएगा और प्रेरित चुंबकीयinduced क्षेत्र फिर से चुंबक की गति का विरोध करने के लिए काम करेगा, इस बार चुंबक के दृष्टिकोण से दक्षिणावर्त।

एक अधिक जटिल उदाहरण में एक निश्चित चुंबकीय क्षेत्र में घूमने वाले तार का तार शामिल होता है, क्योंकि जैसे-जैसे कोण बदलता है, लूप के माध्यम से प्रवाह भी होता है। फ्लक्स में कमी के दौरान, प्रेरित विद्युत प्रवाह फ्लक्स परिवर्तनों का विरोध करने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र बनाएगा, इसलिए यह बाहरी क्षेत्र के समान दिशा में होगा। फ्लक्स में वृद्धि के दौरान, विपरीत होता है और चुंबकीय प्रवाह में वृद्धि का विरोध करने के लिए करंट प्रेरित होता है, इसलिए बाहरी क्षेत्र के विपरीत दिशा में। यह एक वैकल्पिक वोल्टेज उत्पन्न करता है (क्योंकि प्रेरित ईएमएफ हर बार लूप 180 डिग्री घूमता है), और इसका उपयोग प्रत्यावर्ती धारा उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

एक एडी करंट उन छोटी विद्युत धाराओं का नाम है जो लेनज़ के नियम का पालन करती हैं। विशेष रूप से, हालांकि, इस नाम का उपयोग कंडक्टरों में छोटी, लूपिंग धाराओं के संदर्भ में किया जाता है, जो कि भंवरों के समान होते हैं, जिन्हें आप पानी में रोते समय अपने ओरों के आसपास देखते हैं।

जब एक कंडक्टर को चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से ले जाया जाता है - उदाहरण के लिए, धातु के पेंडुलम की तरह के ध्रुवों के बीच झूलते हुए एक घोड़े की नाल का चुंबक - एड़ी धाराएं प्रेरित होती हैं, और लेनज़ के नियम के अनुरूप, ये प्रभाव का प्रतिकार करती हैं गति। इससे चुंबकीय अवमंदन होता है (क्योंकि प्रेरित क्षेत्र आवश्यक रूप से कार्य करता हैविरुद्धगति जिसने इसे बनाया), जिसका उपयोग चुंबकीय ब्रेकिंग सिस्टम जैसी चीजों में उत्पादक रूप से किया जा सकता है रोलर कोस्टर के लिए, लेकिन यह जनरेटर और ट्रांसफार्मर जैसे उपकरणों के लिए व्यर्थ ऊर्जा का कारण है।

जब एड़ी धाराओं को कम करने की आवश्यकता होती है, तो कंडक्टर को पतली इन्सुलेट परतों द्वारा कई वर्गों में विभाजित किया जाता है, जो एड़ी धाराओं के आकार को सीमित करता है और ऊर्जा हानि को कम करता है। हालाँकि, चूंकि एड़ी धाराएँ फैराडे और लेन्ज़ के नियमों का एक आवश्यक परिणाम हैं, इसलिए उन्हें पूरी तरह से रोका नहीं जा सकता है।