Закон на Ленц за електромагнитна индукция: Дефиниция и формула

Какво е законът на Ленц?

Законът на Ленц за електромагнитната индукция гласи, че посоката на тока, индуциран в проводник от променящо се магнитно поле (според закона на Фарадей за електромагнитната индукция) е такава, че магнитното поле, създадено от индуцирания ток противодейства на изходното променящо се магнитно поле, което го произвежда. Посоката на този ток е определена от правилото на Флеминг с дясната ръка.

Това може да е трудно за разбиране в началото – така че нека разгледаме примерна задача.

Помнете, че когато токът е индуциран от магнитно поле, магнитното поле, което този индуциран ток произвежда, ще създаде своето собствено магнитно поле.

Това магнитно поле винаги ще бъде такова, че противодейства на магнитното поле, което първоначално го е създало.

В примера по-долу, ако магнитното поле „B“ се увеличава – както е показано в (1) – индуцираното магнитно поле ще действа против него.

Когато магнитното поле „B“ намалява – както е показано в (2) – индуцираното магнитно поле отново ще действа против него. Но този път „противодействие“ означава, че то действа за увеличаване на полето – тъй като противодейства на намаляващия темп на промяна.

Законът на Ленц е основан на закона на Фарадей за индукцията. Законът на Фарадей ни казва, че променящото се магнитно поле ще индуцира ток в проводник.

Законът на Ленц ни казва посоката на този индуциран ток, който противодейства на изходното променящо се магнитно поле, което го произвежда. Това е означено в формулата за закона на Фарадей с отрицателния знак (‘–’).

Промяната в магнитното поле може да бъде причинена от промяна в силата на магнитното поле, като се придвижи магнит към или отдалеч от катушката, или като се придвижи катушката в или извън магнитното поле.

С други думи, можем да кажем, че големината на ЕМФ, индуцирана в цепта, е пропорционална на скоростта на промяна на флукса.

Формула на закона на Ленц

Законът на Ленц гласи, че когато ЕМФ се генерира от промяна в магнитния флукс според закона на Фарадей, полярността на индуцираната ЕМФ е такава, че произвежда индуциран ток, чийто магнитно поле противодейства на изходното променящо се магнитно поле, което го е произвело.

Отрицателният знак, използван в закона на Фарадей за електромагнитната индукция, показва, че индуцираната ЕМФ (ε) и промяната в магнитния флукс (δΦB) имат противоположни знаци. Формулата за закона на Ленц е показана по-долу:

Където:

• ε = Индуцирана ЕМФ

• δΦB = промяна в магнитния флукс

• N = Брой обиколки в катушката

Законът на Ленц и запазването на енергията

За да се спазва запазването на енергията, посоката на индуцирания ток според закона на Ленц трябва да създаде магнитно поле, което противодейства на магнитното поле, което го е произвело. Всъщност, законът на Ленц е следствие от закона за запазването на енергията.

Защо е така, питате? Добре, нека предположим, че не е така, и да видим какво се случва.

Ако магнитното поле, създадено от индуцирания ток, е в същата посока като полето, което го е произвело, тогава тези два магнитни полета биха се комбинирали и създали по-голямо магнитно поле.

Това комбинирано, по-голямо магнитно поле, на свой ред, би индуцирало друг ток в проводника, двойно по-голям от първоначалния индуциран ток.

И това, на свой ред, би създало друго магнитно поле, което би индуцирало още един ток. И така нататък.

Така че, ако законът на Ленц не диктуваше, че индуцираният ток трябва да създаде магнитно поле, което противодейства на полето, което го е създало – тогава бихме получили безкраен положителен обратен свърз, нарушавайки запазването на енергията (тъй като ефективно създаваме безкрайен източник на енергия).

Законът на Ленц също спазва третия закон на Нютон за движението (т.е. за всяко действие има винаги равно и противоположно реакция).