قانون لينز للحث الكهرومغناطيسي: التعريف والصيغة
ما هو قانون لينز؟
قانون لينز للحث الكهرومغناطيسي ينص على أن اتجاه التيار المُستَدَفَع في الموصل بواسطة مجال مغناطيسي متغير (وفقًا لـ قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي) يكون بحيث أن المجال المغناطيسي الذي يتم إنتاجه بواسطة التيار المستدفَع يقوم بمعارضة المجال المغناطيسي المتغير الأصلي الذي أنتجها. يتم تحديد اتجاه تدفق هذا التيار بواسطة قاعدة يد فليمينج اليمنى.
قد يكون هذا صعب الفهم في البداية، لذا دعنا ننظر في مثال مشكلة.
تذكر أنه عندما يتم استدعاء تيار بواسطة مجال مغناطيسي، فإن المجال المغناطيسي الذي ينتجه هذا التيار المستدفَع سيخلق مجاله الخاص به.
سيكون هذا المجال دائمًا بحيث يقوم بـ معارضة المجال المغناطيسي الذي أنشأه في الأصل.
في المثال أدناه، إذا كان المجال المغناطيسي "B" يزداد – كما هو موضح في (1) – فإن المجال المغناطيسي المستدفَع سيقوم بمعارضته.
عندما يكون المجال المغناطيسي "B" يتناقص – كما هو موضح في (2) – فإن المجال المغناطيسي المستدفَع سيعمل مرة أخرى على معارضته. ولكن هذه المرة تعني "المعارضة" أنه يعمل على زيادة المجال – حيث يعارض معدل التغيير المتناقص.
يستند قانون لينز إلى قانون فاراداي للحث. يخبرنا قانون فاراداي بأن المجال المغناطيسي المتغير سيستدعي تيارًا في الموصل.
يخبرنا قانون لينز بـ اتجاه هذا التيار المستدفَع، والذي يقوم بمعارضة المجال المغناطيسي المتغير الأصلي الذي أنتجها. يتم الإشارة إلى هذا في معادلة قانون فاراداي بواسطة العلامة السالبة ('–').
قد يحدث هذا التغيير في المجال المغناطيسي عن طريق تغيير قوة المجال المغناطيسي عن طريق تحريك مغناطيس نحو أو بعيدًا عن اللولب، أو عن طريق تحريك اللولب داخل أو خارج المجال المغناطيسي.
وبعبارة أخرى، يمكن القول إن مقدار الجهد الكهربائي المستدفَع في الدائرة يتناسب طرديًا مع معدل تغيير التدفق.
معادلة قانون لينز
قانون لينز ينص على أنه عندما يتم توليد جهد كهربائي مستدفَع بواسطة تغيير في التدفق المغناطيسي وفقًا لقانون فاراداي، تكون قطبية الجهد الكهربائي المستدفَع بحيث ينتج تيارًا مستدفَعًا يخلق مجالًا مغناطيسيًا يعارض المجال المغناطيسي المتغير الأصلي الذي أنتجها.
تُشير العلامة السالبة المستخدمة في قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي إلى أن الجهد الكهربائي المستدفَع (ε) والتغيير في التدفق المغناطيسي (δΦB) لهما علامات متعاكسة. تظهر معادلة قانون لينز أدناه:
حيث:
ε = الجهد الكهربائي المستدفَع
δΦB = التغيير في التدفق المغناطيسي
N = عدد دورات اللولب
قانون لينز وحفظ الطاقة
لتوفيق حفظ الطاقة، يجب أن يكون اتجاه التيار المستدفَع عبر قانون لينز بحيث يخلق مجالًا مغناطيسيًا يعارض المجال المغناطيسي الذي أنشأه. في الواقع، يعتبر قانون لينز نتيجة لقانون حفظ الطاقة.
لماذا هذا؟ حسنًا، دعنا نفترض أن هذا ليس هو الحال ونرى ما يحدث.
إذا كان المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة التيار المستدفَع في نفس الاتجاه كالحقل الذي أنشأه، فإن هذين المجالين المغناطيسيتين سيتزاوجان ويخلقان مجالًا مغناطيسيًا أكبر.
سيؤدي هذا المجال المغناطيسي الأكبر المدمج، بدوره، إلى استدعاء تيار آخر داخل الموصل بمقدار ضعف مقدار التيار المستدفَع الأصلي.
وهذا سيؤدي، بدوره، إلى خلق مجال مغناطيسي آخر سيستدعي تيارًا آخر. وهكذا دواليك.
لذا يمكننا أن نرى أنه إذا لم يحدد قانون لينز أن التيار المستدفَع يجب أن يخلق مجالًا مغناطيسيًا يقَدَمَ المجال الذي أنشأه - فسننتهي بحلقة ردود فعل إيجابية لا نهاية لها، مما يكسر حفظ الطاقة (لأننا نخلق بشكل فعال مصدر طاقة لا نهائي).
يتوافق قانون لينز أيضًا مع القانون الثالث لنيوتن للحركة (أي لكل فعل هناك دائمًا رد فعل مساوٍ ومعاكس).
إذا خلق التيار المستدفَع مجالًا مغناطيسيًا يساوي ويعاكس اتجاه المجال المغناطيسي الذي أنشأه، فإنه فقط يستطيع مقاومة التغيير في المجال المغناطيسي في المنطقة. وهذا يتوافق مع القانون الثالث لنيوتن للحركة.
شرح قانون لينز
