Heinrich Lenz (más néven Emil Lenz) balti-német fizikus volt, akinek nem biztos, hogy híres A 19. századi társaik, mint Michael Faraday, de mégis hozzájárultak egy kulcsfontosságú cikkhez a rejtélyek megoldásában elektromágnesesség.
Míg néhány társa hasonló felfedezéseket tett, Lenz nevét kaptákLenz törvénye nagyrészt ügyes jegyzetelés, kísérleteinek átfogó dokumentálása és a tudományos módszer iránti elkötelezettsége miattegyelőre ritka. Maga a törvény fontos részét képeziFaraday elektromágneses indukciós törvénye, és kifejezetten elmondja airányamelyben az indukált áram folyik.
Lehet, hogy a törvény eleinte nehezen fogja fel a fejét, de ha felfogja a kulcsfogalmat, akkor jól fog járni az elektromágnesesség sokkal mélyebb megértéséhez, beleértve az olyan gyakorlati kérdéseket is, mint az örvény problémája áramlatok.
Faraday törvénye
Faraday indukciós törvénye kimondja, hogy az indukáltelektromos erő(EMF, amelyet általában „feszültségnek” neveznek) egy huzaltekercsben (vagy egyszerűen egy hurok körül) mínusz a mágneses fluxus változásának sebessége ezen a hurcon keresztül. Matematikailag és a derivált egyszerűbb „változásával” helyettesítve (amelyet (képvisel) a törvény kimondja:
\ text {indukált EMF} = −N \ frac {∆ϕ} {∆t}
Holtideje,Na huzaltekercs fordulatainak száma, a phi (ϕ) pedig a mágneses fluxus. A mágneses fluxus meghatározása nagyon fontos ebben az egyenletben, ezért érdemes megjegyezni, hogy:
ϕ = \ bm {B ∙ A} = BA \ cos (θ)
amely összefügg a mágneses tér erősségével,B, a hurok területéreA, valamint a hurok és a mező közötti szöget (θ), a hurok szögét a területre merőlegesen definiálva (azaz egyenesen a hurokból mutatva). Mivel az egyenlet cos-t foglal magában, akkor a maximális értéken van, amikor a mező közvetlenül a hurokhoz igazodik, és 0-nál, amikor merőleges a hurokra (azaz "oldalra").
Ezek az egyenletek együttvéve azt mutatják, hogy a keresztmetszet megváltoztatásával huzal tekercsben létrehozhat EMF-et.A, a mágneses tér erősségeB, vagy a terület és a mágneses mező közötti szög. Az indukált EMF nagysága egyenesen arányos ezen mennyiségek változásának sebességével, és természetesen az EMF kiváltása érdekében nem csak ennek kell lennie.
Faraday törvényét James Clerk Maxwell használta az elektromágnesesség négy törvényének egyikeként, bár általában a a zárt hurok körüli mágneses mező (ami lényegében az indukált EMF megfogalmazásának egy másik módja), és a változás sebességét derivált.
Lenz törvénye
A Lenz-törvény be van zárva Faraday törvényébe, mert megmondja, milyen irányban áramlik az indukált elektromos áram. A Lenz-törvény kimondásának legegyszerűbb módja az, hogy a mágneses fluxus változásai áramokat indukálnak abban az iránybanellenzi a változásez okozta.
Más szavakkal, mert amikor az áram áramlik, létrehozza saját mágneses terét, a az indukált áram olyan, hogy az új mágneses mező ellentétes irányú a fluxussal, amely ezt megváltoztatja létrehozta. A negatív előjel miatt a Faraday-törvénybe van beágyazva; ez azt mondja, hogy az indukált EMF ellenzi a mágneses fluxus eredeti változását.
Egyszerű példaként képzeljünk el egy huzaltekercset, amelynek külső mágneses tere közvetlenül a jobb oldaláról (vagyis a a tekercs középpontja és a mező vonalai balra mutatnak), és a külső mező nagysága növekszik, de ugyanaz marad irány. Ebben az esetben a vezetékben az indukált áram úgy fog áramlani, hogy mágneses mezőt hozzon létre, amely a tekercsből jobbra mutat.
Ha ehelyett a külső tér nagysága csökken, akkor az indukált áram úgy áramlik, hogy az eredeti mezővel megegyező irányú mágneses teret hozzon létre, mert ellensúlyozza a fluxustváltoztatásokahelyett, hogy egyszerűen szembeszállna a mezővel. Mivelellensúlyozza a változást és nem feltétlenül az irányt, ez azt jelenti, hogy néha ellentétes, néha ugyanabba az irányba teret hoz létre.
Használhatja a jobbkezes szabályt (amelyet néha jobbkezes szabálynak is neveznek, hogy megkülönböztesse) a fizikában használt másik jobbkezes szabály) a kapott elektromos irányának meghatározására jelenlegi. A szabály alkalmazása meglehetősen egyszerű: dolgozza ki az indukált mágneses mező irányát és irányítsa jobb kezének hüvelykujját abba az irányba, majd hajolja befelé az ujjait. Az az irány, amellyel az ujjai göndörödnek, az az irány, amelyben az áram átfolyik a huzaltekercsen.
Példák Lenz törvényére
Néhány konkrét példa arra, hogy Lenz törvénye hogyan működik a gyakorlatban, segítenek betonozni a fogalmakat, és a A legegyszerűbb nagyon hasonlít a fenti példához: a mágneses mezőbe mozgó vagy onnan kilépő huzaltekercs. Amint a hurok a mezőbe mozog, a hurokon keresztüli mágneses fluxus nőni fog (a. Mozgásával ellentétes irányban) tekercset), amely olyan áramot indukál, amely ellenzi a fluxus változásának sebességét, és ezáltal mágneses teret hoz létre mozgás.
Ha a tekercs feléd halad, a jobb oldali szabály és a Lenz-törvény azt mutatja, hogy az áram az óramutató járásával ellentétes irányba áramlik. Ha a tekercs mozgottkia mező mágneses fluxusa alapvetően fokozatos csökkentés lenne növekedés helyett, tehát pont ellenkező áramot indukálna.
Ez a helyzet analóg a rúdmágnes mozgatásával a tekercs közepére vagy onnan, mivel a mágnes befelé mozgatásakor a mező erősödni és az indukált mágneses mező szembeszállni a mágnes mozgásával, tehát az óramutató járásával ellentétes irányba mágnes. Amikor a huzaltekercs közepéből kimozdul, a mágneses fluxus csökken, és az indukált mágneses A mező ismét a mágnes mozgásának szembeszegülésével működne, ezúttal az óramutató járásával megegyező irányban a mágnes perspektívájából.
Egy bonyolultabb példa egy rögzített mágneses térben forgó huzaltekercset foglal magában, mert a szög változásával a hurokon átáramló fluxus is. A fluxus csökkenése során az indukált elektromos áram mágneses teret hozna létre, hogy szemben álljon a fluxus változásával, tehát ugyanabban az irányban legyen, mint a külső mező. A fluxus növekedése során ennek az ellenkezője történik, és az áramot indukálják, hogy ellenezzék a mágneses fluxus növekedését, tehát a külső mezővel ellentétes irányban. Ez váltakozó feszültséget generál (mivel az indukált EMF minden alkalommal kapcsol, amikor a hurok 180 fokkal elfordul), és ez felhasználható váltakozó áram előállítására.
Lenz törvénye és Eddy Currents
Örvényáram a neve annak a kis elektromos áramnak, amely betartja Lenz törvényét. Különösen, bár ezt a nevet arra használják, hogy a vezetők kicsi, hurkolt áramai hasonlóak legyenek az örvényekhez, amelyeket az evezőid körül látsz, amikor vízben evezel.
Amikor egy vezetőt egy mágneses mezőn keresztül mozgatnak - például, mint egy fém inga, amely leng a pólusok között patkómágnes - örvényáramok indukálódnak, és Lenz törvényének megfelelően ezek ellensúlyozzák a mozgás. Ez mágneses csillapításhoz vezet (mivel az indukált mező szükségszerűen működikellenaz azt létrehozó mozgás), amelyet eredményesen lehet használni olyan dolgokban, mint a mágneses fékrendszerek hullámvasutakhoz, de ez olyan berendezések pazarolt energiáját okozza, mint a generátorok és a transzformátorok.
Amikor az örvényáramokat csökkenteni kell, a vezetőt vékony szigetelőrétegek választják szét több szakaszra, amelyek korlátozzák az örvényáramok méretét és csökkentik az energiaveszteséget. Mivel azonban az örvényáramok Faraday és Lenz törvényeinek szükséges következményei, ezeket nem lehet teljesen megakadályozni.