Ленцов закон (физика) Дефиниција, једначина и примери

Хеинрицх Ленз (такође познат и као Емил Ленз) био је балтичко-немачки физичар који можда није имао славу неких својих раних Вршњаци из 19. века попут Мајкла Фарадеја, али који су ипак допринели кључном делу за решавање мистерија електромагнетизам.

Док су неки од његових вршњака чинили слична открића, Ленцово име је датоЛенцов закон​ ​добрим делом због његовог префињеног вођења белешки, свеобухватне документације о његовим експериментима и посвећености научној методинеобично за то време. Сам закон чини важан деоФарадејев закон електромагнетне индукције, и посебно вам кажеправацу којима тече индукована струја.

У почетку вам је тешко усредсредити се на закон, али кад схватите кључни концепт, биће вам добро свој пут ка много дубљем разумевању електромагнетизма, укључујући практична питања попут проблема с вртлогима струје.

Фарадејев закон индукције каже да индукованиелектромоторна сила(ЕМФ, који се обично назива „напон“) у калему жице (или једноставно око петље) је минус брзина промене магнетног флукса кроз ту петљу. Математички, и замењујући изведеницу једноставнијом „променом у“ (представљеном са ∆), закон каже:

Гдетвреме је,Н.је број завоја у калему жице и пхи (ϕ) је магнетни ток. Дефиниција магнетног флукса је прилично важна за ову једначину, па је вредно запамтити да је:

који повезује јачину магнетног поља,Б., на подручје петљеА., и угао између петље и поља (θ), са углом петље дефинисаним окомито на подручје (тј. показујући право ван петље). Пошто једначина укључује цос, она је на максималној вредности када је поље директно поравнато са петљом, а на 0 када је окомито на петљу (тј. „Бочно на“).

Све заједно, ове једначине показују да можете да направите ЕМФ у калему жице променом површине попречног пресекаА., јачина магнетног пољаБ., или угао између подручја и магнетног поља. Величина индукованог ЕМФ-а је директно пропорционална брзини промене ових величина, и наравно, не мора се мењати само једна од ових да би се индуковао ЕМФ.

Фарадаи-ов закон је користио Јамес Цлерк Маквелл као један од његова четири закона електромагнетизма, иако се обично изражава као линијски интеграл магнетно поље око затворене петље (што је у суштини други начин да се каже индуковани ЕМФ) и брзина промене изражава се као изведеница.

Ленцов закон је уграђен у Фарадејев закон јер нам говори у ком смеру тече индукована електрична струја. Најједноставнији начин да се наведе Ленцов закон је тај што промене магнетног флукса индукују струје у правцу којисупротставља се​ ​променато је изазвало.

Другим речима, јер када струја тече, она генерише сопствено магнетно поље, правац индукована струја је таква да је ново магнетно поље у супротном смеру од промене флукса који створили га. Укључен је у Фарадејев закон због негативног предзнака; ово вам говори да се индуковани ЕМФ противи првобитној промени магнетног флукса.

За једноставан пример, замислите калем жице са спољним магнетним пољем које директно у њега показује са десне стране (тј. У средиште калема и са линијама поља усмереним улево), а спољно поље се онда повећава у величини, али задржавајући исту правац. У овом случају, индукована струја у жици ће тећи тако да ствара магнетно поље које показује калем удесно.

Ако би се уместо тога спољно поље смањило, индукована струја би текла тако да ствара магнетно поље у истом смеру као и оригинално поље, јер се супротставља флуксуПроменеа не једноставно супротстављање терену. Од тадсупротставља се промени а не нужно правцу, то значи да понекад ствара поље у супротном смеру, а понекад у истом смеру.

Можете користити правило за десну руку (понекад се назива правило за држање десне руке да бисте га разликовали) друго правило десне руке које се користи у физици) за одређивање смера насталог електричног Тренутни. Правило је прилично једноставно применити: разрадити смер магнетног поља створеног индукованим струје и усмерите палац десне руке у том смеру, а затим увијте прсте унутра. Правац у коме се ваши прсти увијају је правац који струја протиче кроз калем жице.

Неки конкретни примери како Ленцов закон делује у пракси помоћи ће да се цементирају концепти и најједноставнији је врло сличан примеру изнад: калем жице који се креће у или из магнетног поља. Како се петља помера у поље, магнетни ток кроз петљу ће се повећавати (у супротном смеру од кретања калем), индукујући струју која се супротставља брзини промене флукса, и тако ствара магнетно поље у правцу његовог кретање.

Ако се калем креће према вама, правило десне руке и Ленцов закон показују да би струја текла у смеру супротном од казаљке на сату. Ако се калем кретаонапољепоља, променљиви магнетни флукс би у основи био постепено смањење уместо повећања, па би се индуковала управо супротна струја.

Ова ситуација је аналогна померању шипкастог магнета у или из средишта завојнице, јер би при померању магнета поље било јачајући и индуковано магнетно поље ће се супротставити кретању магнета, па, супротно од казаљке на сату из перспективе Магнет. Приликом померања из средишта калема жице, магнетни ток би се смањивао, а индуковани магнетни ток поље поново радило да се супротстави кретању магнета, овог пута у смеру казаљке на сату из перспективе магнета.

Компликованији пример укључује завојницу жице која се ротира у фиксном магнетном пољу, јер би се променом угла мењао и ток кроз петљу. Током смањења флукса, индукована електрична струја створила би магнетно поље да се супротстави променама флукса, па би било у истом смеру као и спољно поље. Током повећања флукса дешава се супротно и индукује се струја која се супротставља повећању магнетног флукса, дакле у супротном смеру од спољног поља. Ово генерише наизменични напон (јер се индуковани ЕМФ прекида сваки пут када се петља окрене за 180 степени), а овај се може користити за генерисање наизменичне струје.

Вртложна струја је назив за мале електричне струје које поштују Ленцов закон. Међутим, посебно се ово име користи у вези са малим струјама које се петљају у проводницима аналогно вртлозима које видите око весла када веслате у води.

Када се проводник помера кроз магнетно поље - на пример, попут металног клатна које се љуља између полова потковица магнет - индукују се вртложне струје, а у складу са Лензовим законом, оне се супротстављају ефекту кретање. То доводи до магнетног пригушења (јер индуковано поље нужно радипротивкретање које га је створило), а које се могу продуктивно користити у стварима попут система магнетног кочења за тобогане, али то је узрок расипања енергије за уређаје попут генератора и трансформатора.

Када треба смањити вртложне струје, проводник је одвојен на више делова танким изолационим слојевима који ограничавају величину вртложних струја и смањују губитак енергије. Међутим, пошто су вртложне струје неопходна последица Фарадаиевог и Ленцовог закона, не могу се у потпуности спречити.