Lenz's Lov om Elektromagnetisk Induktion: Definition & Formel

Hvad er Lenz's lov?

Lenz's lov om elektromagnetisk induktion siger, at retningen af strømmen, der induceres i en leder af et ændrende magnetfelt (som beskrevet i Faradays lov om elektromagnetisk induktion) er sådan, at det magnetfelt, der opstår ved den inducerede strøm modvirker det oprindelige ændrende magnetfelt, som producerede det. Retningen af denne strømfindes givet ved Flemings højrehåndsregel.

Dette kan være svært at forstå i begyndelsen – lad os se på et eksempelproblem.

Husk, at når en strøm induceres af et magnetfelt, vil det magnetfelt, som denne inducerede strøm producerer, skabe sit eget magnetfelt.

Dette magnetfelt vil altid være sådan, at det modvirker det magnetfelt, der oprindeligt skabte det.

I eksemplet nedenfor, hvis magnetfeltet "B" stiger – som vist i (1) – vil det inducerede magnetfelt virke imod det.

Når magnetfeltet "B" falder – som vist i (2) – vil det inducerede magnetfelt igen virke imod det. Men denne gang betyder 'imod' at det forsøger at øge feltet – da det modvirker den faldende ændringssats.

Lenz's lov er baseret på Faradays lov om induktion. Faradays lov fortæller os, at et ændrende magnetfelt vil inducere en strøm i en leder.

Lenz's lov fortæller os retningen af denne inducerede strøm, som modvirker det oprindelige ændrende magnetfelt, som producerede den. Dette er angivet i formlen for Faradays lov ved negativt fortegn (‘–’).

Denne ændring i magnetfeltet kan være forårsaget af en ændring i magnetfeltets styrke ved at flytte en magnet hen mod eller væk fra spolen, eller ved at flytte spolen ind i eller ud af magnetfeltet.

Med andre ord kan vi sige, at størrelsen af den inducerede spænding i kredsløbet er proportional med ændringshastigheden af flux.

Lenz's Lov Formel

Lenz's lov siger, at når en spænding genereres ved en ændring i magnetisk flux ifølge Faradays lov, er polariteten af den inducerede spænding sådan, at den producerer en induceret strøm, hvis magnetfelt modvirker det oprindelige ændrende magnetfelt, som producerede den.

Det negative fortegn, der bruges i Faradays lov om elektromagnetisk induktion, indikerer, at den inducerede spænding (ε) og ændringen i magnetisk flux (δΦB) har modsatte fortegn. Formlen for Lenz's lov vises nedenfor:

Hvor:

• ε = Induceret spænding

• δΦB = ændring i magnetisk flux

• N = Antal vindinger i spolen

Lenz's Lov og Bevaring af Energi

For at overholde bevaringen af energi, skal retningen af den inducerede strøm via Lenz's lov skabe et magnetfelt, der modvirker det magnetfelt, der skabte det. Faktisk er Lenz's lov en konsekvens af loven om bevaring af energi.

Hvorfor er det sådan, spørger du? Lad os præstere, at det ikke var tilfældet, og se hvad der sker.

Hvis det magnetfelt, der skabes af den inducerede strøm, er i samme retning som det felt, der producerede det, ville disse to magnetiske felter kombineres og skabe et større magnetfelt.

Dette kombinerede, større magnetfelt ville i sin tur inducere en anden strøm i ledningen, der er dobbelt så stor som den oprindelige inducerede strøm.

Og dette ville i sin tur skabe et andet magnetfelt, der ville inducere endnu en strøm. Osv.

Så vi kan se, at hvis Lenz's lov ikke dikterede, at den inducerede strøm måtte skabe et magnetfelt, der modvirker det felt, der skabte det – ville vi ende med en uendelig positiv feedback-løkke, der bryder bevaringen af energi (da vi effektivt skaber en uendelig energikilde).

Lenz's lov overholder også Newtons tredje lov om bevægelse (dvs. at hvert handling har altid en lige stor og modsat rettet reaktion).

Hvis den inducerede strøm skaber et magnetfelt, der er lige stort og modsat rettet i forhold til det magnetfelt, der skabte det, kan det kun modvirke ændringen i magnetfeltet i området. Dette er i overensstemmelse med Newtons tredje lov om bevægelse.

Lenz's Lov Forklaret

For at bedre forstå Lenz's lov, lad os betragte to tilfælde: