Lenzův zákon elektromagnetické indukce: Definice & vzorec

Co je Lenzův zákon?

Lenzův zákon elektromagnetické indukce říká, že směr proudu vyvolaného v vodiči měnícím se magnetickým polem (podle Faradayova zákona elektromagnetické indukce) je takový, že magnetické pole vytvořené vyvolaným proudem odporuje původnímu měnícímu se magnetickému poli, které ho vyvolalo. Směr tohoto proudu je určen Flemingovým pravidlem pravé ruky.

Toto může být na první pohled těžko srozumitelné – podívejme se tedy na příklad.

Pamatujte, že když proud je vyvolán magnetickým polem, magnetické pole, které tento vyvolaný proud vytvoří, vytvoří své vlastní magnetické pole.

Tohle magnetické pole bude vždy takové, že odporuje magnetickému poli, které ho původně vyvolalo.

V následujícím příkladu, pokud magnetické pole „B“ roste – jak je znázorněno v (1) – vyvolané magnetické pole bude působit proti němu.

Když magnetické pole „B“ klesá – jak je znázorněno v (2) – vyvolané magnetické pole opět působí proti němu. Tento čas ale „proti“ znamená, že působí tak, aby se pole zvětšilo – protože odporuje klesajícímu tempu změny.

Lenzův zákon je založen na Faradayově zákonu indukce. Faradayův zákon nám říká, že měnící se magnetické pole vyvolá proud v vodiči.

Lenzův zákon nám říká směr tohoto vyvolaného proudu, který odporuje původnímu měnícímu se magnetickému poli, které ho vyvolalo. To je vyznačeno záporným znaménkem (‘–’) ve vzorci pro Faradayův zákon.

Tato změna magnetického pole může být způsobena změnou síly magnetického pole pohybem magnetu blíž nebo dál od cívky, nebo pohybem cívky do nebo ven z magnetického pole.

Jinak řečeno, můžeme říci, že velikost EMF vyvolaného v obvodu je úměrná tempu změny toku.

Vzorec Lenzova zákona

Lenzův zákon říká, že když EMF je vygenerováno změnou magnetického toku podle Faradayova zákona, polarita vyvolaného EMF je taková, že vytváří vyvolaný proud, jehož magnetické pole odporuje původnímu měnícímu se magnetickému poli, které ho vyvolalo.

Záporné znaménko použité v Faradayově zákonu elektromagnetické indukce naznačuje, že vyvolané EMF (ε) a změna magnetického toku (δΦB) mají opačná znaménka. Vzorec pro Lenzův zákon je uveden níže:

Kde:

• ε = Vyvolané EMF

• δΦB = změna magnetického toku

• N = Počet závitů v cívkách

Lenzův zákon a zákon zachování energie

Aby byl splněn zákon zachování energie, musí směr proudu vyvolaného podle Lenzova zákona vytvořit magnetické pole, které odporuje magnetickému poli, které ho vyvolalo. Ve skutečnosti je Lenzův zákon důsledkem zákona zachování energie.

Proč tomu tak je, zeptáte se? Dobře, představme si, že tomu tak není a podívejme se, co se stane.

Pokud by magnetické pole vytvořené vyvolaným proudem bylo stejném směru jako pole, které ho vyvolalo, pak by se tyto dvě magnetické pole spojila a vytvořila větší magnetické pole.

Tohle kombinované větší magnetické pole by vytvořilo další proud v vodiči, který by měl dvojnásobnou velikost původního vyvolaného proudu.

A to by vytvořilo další magnetické pole, které by vyvolalo další proud. A tak dále.

Takže vidíme, že pokud by Lenzův zákon nediktovat, že vyvolaný proud musí vytvářet magnetické pole, které odporuje poli, které ho vyvolalo – pak bychom měli nekonečný pozitivní zpětný vazební mechanismus, což porušuje zákon zachování energie (protože vytváříme nekonečný zdroj energie).

Lenzův zákon také dodržuje Newtonův třetí zákon pohybu (tj. každé působení má vždy stejné a opačné reakce).

Pokud vyvolaný proud vytváří magnetické pole, které je stejné a opačné směru magnetického pole, které ho vyvolalo, pak může odolávat změně magnetického pole v dané oblasti. To je v souladu s Newtonovým třetím zákonem pohybu.