Heinrich Lenz (Emil Lenz라고도 함)는 발트해 독일의 물리학 자 였지만 초기 Michael Faraday와 같은 19 세기 동료이지만 여전히 미스터리를 해결하는 데 핵심적인 역할을 한 전자기학.
그의 동료 중 일부가 비슷한 발견을했지만 Lenz의 이름은Lenz의 법칙 그의 까다로운 메모, 실험에 대한 포괄적 인 문서화 및 과학적 방법에 대한 헌신 덕분에 대부분당분간 드물다. 법 자체는 다음의 중요한 부분을 형성합니다.패러데이의 전자기 유도 법칙, 구체적으로 알려줍니다.방향유도 전류가 흐르는 곳.
법은 처음에는 이해하기 어려울 수 있지만 핵심 개념을 이해하면 에디 문제와 같은 실제 문제를 포함하여 전자기학에 대한 훨씬 더 깊은 이해로가는 길 전류.
패러데이의 법칙
패러데이의 귀납 법칙에 따르면기전력와이어 코일 (또는 간단히 루프 주변)의 (EMF, 일반적으로 "전압"이라고 함)은 해당 루프를 통한 자속 변화율을 뺀 값입니다. 수학적으로 미분을 더 간단한 "변경"(∆로 표시)으로 대체하면 법은 다음과 같이 명시합니다.
\ text {유도 된 EMF} = −N \ frac {∆ϕ} {∆t}
어디티시간입니다.엔와이어 코일의 회전 수이고 phi (ϕ)는 자속입니다. 자속의 정의는이 방정식에서 매우 중요하므로 다음 사항을 기억할 가치가 있습니다.
ϕ = \ bm {B ∙ A} = BA \ cos (θ)
자기장의 강도와 관련이 있습니다.비, 루프 영역으로ㅏ, 루프와 필드 사이의 각도 (θ), 영역에 수직 인 것으로 정의 된 루프 각도 (즉, 루프에서 똑바로 가리키는). 방정식에 cos가 포함되어 있으므로 필드가 루프와 직접 정렬되면 최대 값에 있고 루프에 수직 인 경우 (예: "측면") 0에 있습니다.
종합하면이 방정식은 단면적을 변경하여 와이어 코일에 EMF를 생성 할 수 있음을 보여줍니다.ㅏ, 자기장의 강도비, 또는 영역과 자기장 사이의 각도. 유도 된 EMF의 크기는 이러한 양의 변화율에 정비례하며, 물론 EMF를 유도하기 위해 이러한 변화 중 하나 일 필요는 없습니다.
패러데이의 법칙은 James Clerk Maxwell이 그의 네 가지 전자기학 법칙 중 하나로 사용했지만 일반적으로 다음과 같은 선 적분으로 표현됩니다. 폐 루프 주변의 자기장 (본질적으로 유도 된 EMF를 말하는 또 다른 방법 임)과 변화율은 다음과 같이 표현됩니다. 유도체.
Lenz의 법칙
Lenz의 법칙은 유도 된 전류가 흐르는 방향을 알려주기 때문에 패러데이의 법칙으로 요약됩니다. Lenz의 법칙을 설명하는 가장 간단한 방법은 자속의 변화가 전류를 다음 방향으로 유도하는 것입니다.반대하다 변화그 원인이되었습니다.
즉, 전류가 흐를 때 자체 자기장을 생성하기 때문에 유도 전류는 새로운 자기장이 플럭스 변화와 반대 방향으로 만들었습니다. 음수 부호 때문에 패러데이의 법칙에 캡슐화되어 있습니다. 이것은 유도 된 EMF가 자속의 원래 변화에 반대한다는 것을 알려줍니다.
간단한 예를 들어, 외부 자기장이 오른쪽에서 직접 가리키는 와이어 코일을 상상해보십시오. 코일의 중심과 필드 라인이 왼쪽을 가리키는) 외부 필드는 크기가 증가하지만 동일하게 유지됩니다. 방향. 이 경우 코일에서 오른쪽을 가리키는 자기장을 생성하기 위해 와이어의 유도 전류가 흐릅니다.
대신 외부 장이 크기가 감소하면 유도 전류가 흐르고 원래 장과 동일한 방향으로 자기장을 생성합니다.변화단순히 필드에 반대하는 것보다. 그 이후로반드시 방향이 아니라 변화에 대응, 이것은 때때로 반대 방향으로 그리고 때로는 같은 방향으로 필드를 생성한다는 것을 의미합니다.
오른손 규칙 (오른쪽 그립 규칙이라고도 함)을 사용하여 물리학에서 사용되는 다른 오른손 법칙) 결과 전기의 방향을 결정합니다. 흐름. 규칙은 적용하기 매우 쉽습니다. 유도 된 자기장에 의해 생성 된 자기장의 방향을 전류를 사용하고 오른손 엄지 손가락을 그 방향으로 가리킨 다음 손가락을 안쪽으로 구부립니다. 손가락이 말리는 방향은 전류가 와이어 코일을 통해 흐르는 방향입니다.
Lenz의 법칙의 예
Lenz의 법칙이 실제로 어떻게 작동하는지에 대한 몇 가지 구체적인 예는 개념을 확고히하는 데 도움이 될 것이며 가장 단순한 것은 위의 예와 매우 유사합니다: 자기장 안팎으로 움직이는 와이어 코일. 루프가 자기장으로 이동함에 따라 루프를 통과하는 자속이 증가 할 것입니다 (운동의 반대 방향으로 코일), 자속 변화율에 반대하는 전류를 유도하여 방향으로 자기장을 생성합니다. 운동.
코일이 사용자쪽으로 움직이면 오른쪽 법칙과 Lenz의 법칙은 전류가 시계 반대 방향으로 흐를 것임을 보여줍니다. 코일이 움직이고 있었다면밖자기장의 변화하는 자속은 기본적으로 증가하는 대신 점진적으로 감소하므로 정반대의 전류가 유도됩니다.
이 상황은 막대 자석을 코일 중심 안팎으로 이동하는 것과 유사합니다. 자석을 안으로 이동하면 자기장이 더 강해지고 유도 된 자기장이 자석의 움직임에 반대하는 작용을하므로, 시계 반대 방향으로 자석. 와이어 코일의 중심을 벗어날 때 자속이 감소하고 유도 자기 필드는 다시 자석의 움직임에 반대하도록 작동합니다. 이번에는 자석의 관점에서 시계 방향으로.
더 복잡한 예는 고정 된 자기장에서 회전하는 와이어 코일을 포함합니다. 각도가 변하면 루프를 통과하는 플럭스도 마찬가지이기 때문입니다. 플럭스가 감소하는 동안 유도 된 전류는 플럭스 변화에 반대하는 자기장을 생성하므로 외부 필드와 같은 방향이됩니다. 자속이 증가하는 동안 반대가 일어나고 전류가 자기 플럭스의 증가에 반대하도록 유도되므로 외부 필드와 반대 방향으로 진행됩니다. 이것은 교류 전압을 생성하고 (유도 된 EMF가 루프가 180도 회전 할 때마다 전환되기 때문에) 교류를 생성하는 데 사용할 수 있습니다.
Lenz의 법칙과 와류
와전류는 Lenz의 법칙을 따르는 작은 전류의 이름입니다. 특히, 이 이름은 물에서 노를 젓을 때 노 주위에서 볼 수있는 소용돌이와 유사한 도체의 작고 반복되는 전류와 관련하여 사용됩니다.
도체가 자기장을 통해 움직일 때 – 예를 들어, 금속 진자가 말굽 자석 – 와전류가 유도되고 Lenz의 법칙에 따라 이것들은 운동. 이것은 자기 댐핑으로 이어집니다 (유도 필드가 반드시 작동하기 때문에에 맞서자기 제동 시스템과 같은 것들에 생산적으로 사용될 수 있습니다. 롤러 코스터의 경우, 발전기 및 변압기와 같은 장치의 에너지 낭비의 원인입니다.
와전류를 줄여야하는 경우, 도체는 얇은 절연 층에 의해 여러 섹션으로 분리되어 와전류의 크기를 제한하고 에너지 손실을 줄입니다. 그러나 와류는 패러데이와 렌츠의 법칙에 필요한 결과이므로 완전히 예방할 수는 없습니다.