Heinrich Lenz (aynı zamanda Emil Lenz olarak da anılır), erken dönem çalışmalarının bazılarının ününe sahip olmayan bir Baltık-Alman fizikçiydi. Michael Faraday gibi 19. yüzyıl akranları, ancak yine de dünyanın gizemlerini çözmede önemli bir parçaya katkıda bulundular. elektromanyetizma.
Bazı meslektaşları benzer keşifler yaparken, Lenz'in adıLenz yasası büyük ölçüde titiz not tutması, deneylerinin kapsamlı dokümantasyonu ve bilimsel yönteme olan bağlılığı nedeniylezaman için alışılmadık. Kanunun kendisinin önemli bir bölümünü oluşturur.Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasasıve size özellikle şunları söyler:yönindüklenen akımın aktığı yerdir.
İlk başta yasayı anlamak zor olabilir, ancak ana konsepti bir kez kavradığınızda, iyi olacaksınız. girdap sorunu gibi pratik konular da dahil olmak üzere elektromanyetizma hakkında daha derin bir anlayışa giden yol akımlar.
Faraday Yasası
Faraday'ın indüksiyon yasası, indüklenenelektrik hareket gücü(EMF, yaygın olarak "gerilim" olarak anılır) bir tel bobininde (veya basitçe, bir ilmek etrafındaki) eksi bu ilmek boyunca manyetik akının değişim hızıdır. Matematiksel olarak ve türevi daha basit bir "değişim" (” ile temsil edilen) ile değiştirerek yasa şöyle der:
\text{indüklenmiş EMF} = −N \frac{∆ϕ}{∆t}
Neredetzamanı,Ntel bobinindeki dönüş sayısıdır ve phi (ϕ) manyetik akıdır. Manyetik akının tanımı bu denklem için oldukça önemlidir, bu yüzden şunu hatırlamakta fayda var:
ϕ = \bm{B ∙ A} = BA \cos (θ)
manyetik alanın gücü ile ilgili olan,B, döngü alanınabir, ve döngü ile alan arasındaki açı (θ), alana dik olarak tanımlanan ilmek açısıyla (yani, ilmekten dümdüz dışarıyı gösteren). Denklem cos içerdiğinden, alan doğrudan döngü ile hizalandığında maksimum değerde ve döngüye dik olduğunda (yani, "yan") 0'dadır.
Birlikte ele alındığında, bu denklemler, kesit alanını değiştirerek bir tel bobininde bir EMF oluşturabileceğinizi gösterir.bir, manyetik alanın gücüB, veya alan ile manyetik alan arasındaki açı. İndüklenen EMF'nin büyüklüğü, bu miktarların değişim hızı ile doğru orantılıdır ve elbette EMF'yi indüklemek için bu değişimlerden sadece biri olmak zorunda değildir.
Faraday yasası, James Clerk Maxwell tarafından elektromanyetizmanın dört yasasından biri olarak kullanıldı, ancak genellikle çizgi integrali olarak ifade edildi. kapalı bir döngü etrafındaki manyetik alan (aslında indüklenen EMF'yi söylemenin başka bir yolu) ve değişim oranı olarak ifade edilir. türev.
Lenz Yasası
Lenz yasası, Faraday yasasında kapsüllenmiştir çünkü bize indüklenen elektrik akımının aktığı yönü söyler. Lenz yasasını ifade etmenin en basit yolu, manyetik akıdaki değişikliklerin şu yönde akımları indüklemesidir.karşı çıkıyor değişimbuna neden oldu.
Başka bir deyişle, akım akarken kendi manyetik alanını oluşturduğundan, akımın yönü indüklenen akım öyledir ki, yeni manyetik alan, akı değişikliklerine zıt yöndedir. onu yarattı. Negatif işaret nedeniyle Faraday yasasında kapsüllenmiştir; bu size indüklenen EMF'nin manyetik akıdaki orijinal değişime karşı olduğunu söyler.
Basit bir örnek için, sağ taraftan doğrudan kendisine (yani, dış manyetik alana) işaret eden bir dış manyetik alana sahip bir tel bobini hayal edin. bobinin merkezi ve alan çizgileri sola bakacak şekilde) ve dış alan daha sonra büyüklük olarak artar ancak aynı kalır yön. Bu durumda, telde indüklenen akım, bobinden sağa doğru bakan bir manyetik alan üretecek şekilde akacaktır.
Bunun yerine dış alanın büyüklüğü azalırsa, indüklenen akım, orijinal alanla aynı yönde bir manyetik alan üretecek şekilde akar, çünkü akıya karşı koyar.değişikliklersadece alana karşı çıkmak yerine. Ondan berideğişikliğe karşı koyar ve mutlaka yönü değil, bu bazen ters yönde bazen de aynı yönde bir alan oluşturduğu anlamına gelir.
Sağ el kuralını kullanabilirsiniz (bazen bunu ayırt etmek için sağ el tutma kuralı olarak da adlandırılır). fizikte kullanılan diğer sağ kural) ortaya çıkan elektriğin yönünü belirlemek için akım. Kuralı uygulamak oldukça kolaydır: indüklenen manyetik alanın yarattığı manyetik alanın yönünü hesaplayın. sağ elinizin başparmağını o yöne doğrultun ve ardından parmaklarınızı içe doğru kıvırın. Parmaklarınızın kıvrıldığı yön, akımın tel bobinden aktığı yöndür.
Lenz Yasası örnekleri
Lenz yasasının pratikte nasıl çalıştığına dair bazı somut örnekler, kavramların sağlamlaştırılmasına yardımcı olacaktır ve en basiti yukarıdaki örneğe çok benzer: bir manyetik alana giren veya çıkan bir tel bobini. Döngü alana doğru hareket ettikçe, döngüden geçen manyetik akı artacaktır (cibin hareketine zıt yönde). bobin), akı değişim hızına karşı çıkan bir akımı indükler ve böylece kendi yönünde bir manyetik alan yaratır. hareket.
Bobin size doğru hareket ediyorsa, sağ el kuralı ve Lenz yasası, akımın saat yönünün tersine akacağını gösterir. Bobin hareket ediyor olsaydıdışarıalanın, değişen manyetik akı temelde bir artış yerine kademeli bir azalma olacaktır, bu nedenle tam zıt akım indüklenecektir.
Bu durum, bir çubuk mıknatısı bir bobinin merkezine veya merkezine hareket ettirmeye benzer, çünkü mıknatısı içeri hareket ettirirken alan güçlenir ve indüklenen manyetik alan, mıknatısın hareketine karşı koymak için çalışırdı, bu nedenle, perspektiften saat yönünün tersine mıknatıs. Tel bobinin merkezinden dışarı çıkarken, manyetik akı azalacak ve indüklenen manyetik alan yine mıknatısın hareketine karşı, bu sefer mıknatısın perspektifinden saat yönünde çalışacaktı.
Daha karmaşık bir örnek, sabit bir manyetik alanda dönen bir tel bobini içerir, çünkü açı değiştikçe döngüden geçen akı da değişir. Akıdaki azalma sırasında, indüklenen elektrik akımı, akı değişikliklerine karşı koymak için bir manyetik alan oluşturacak ve böylece dış alanla aynı yönde olacaktır. Akıdaki artış sırasında, bunun tersi olur ve akım, manyetik akıdaki artışa karşı, yani dış alana zıt yönde indüklenir. Bu, alternatif bir voltaj üretir (çünkü indüklenen EMF, döngü her 180 derece döndüğünde değişir) ve bu, alternatif akım üretmek için kullanılabilir.
Lenz Yasası ve Girdap Akımları
Girdap akımı, Lenz yasasına uyan küçük elektrik akımlarının adıdır. Ancak bu ad, suda kürek çekerken küreklerinizin etrafında gördüğünüz girdaplara benzer şekilde iletkenlerdeki küçük, döngüsel akımlara atıfta bulunmak için kullanılır.
Bir iletken bir manyetik alan içinde hareket ettirildiğinde, örneğin, kutuplar arasında sallanan metal bir sarkaç gibi. bir at nalı mıknatıs - girdap akımları indüklenir ve Lenz yasasına uygun olarak bunlar, hareket. Bu, manyetik sönümlemeye yol açar (indüklenen alan mutlaka çalışırkarşısındaonu yaratan hareket), manyetik fren sistemleri gibi şeylerde verimli bir şekilde kullanılabilir. roller coaster'lar için, ancak jeneratörler ve transformatörler gibi cihazlar için boşa harcanan enerjinin bir nedenidir.
Girdap akımlarının azaltılması gerektiğinde, iletken, girdap akımlarının boyutunu sınırlayan ve enerji kaybını azaltan ince yalıtım katmanları ile birden çok bölüme ayrılır. Ancak girdap akımları Faraday ve Lenz yasalarının zorunlu bir sonucu olduğu için tamamen önlenemezler.