قانون لنز در القای الکترومغناطیسی: تعریف و فرمول

قانون لنز چیست؟

قانون القای الکترومغناطیسی لنز بیان می‌کند که جهت جریان القایی در رسانا توسط میدان مغناطیسی متغیر (بر اساس قانون فارادی القای الکترومغناطیسی) چنین است که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان القایی جریان متضاد میدان مغناطیسی اولیه که آن را ایجاد کرده است. جهت این جریان با قاعده دست راست فلمنگ تعیین می‌شود.

این موضوع در ابتدا ممکن است سخت به نظر برسد—بنابراین بیایید یک مثال بررسی کنیم.

به یاد داشته باشید که وقتی یک جریان توسط یک میدان مغناطیسی القا می‌شود، میدان مغناطیسی که این جریان القایی ایجاد می‌کند خود میدان مغناطیسی خواهد داشت.

این میدان مغناطیسی همیشه چنین خواهد بود که متضاد میدان مغناطیسی اولیه که آن را ایجاد کرده است.

در مثال زیر، اگر میدان مغناطیسی "B" افزایش یابد - همانطور که در (1) نشان داده شده است - میدان مغناطیسی القایی در مقابل آن عمل خواهد کرد.

وقتی میدان مغناطیسی "B" کاهش یابد - همانطور که در (2) نشان داده شده است - میدان مغناطیسی القایی دوباره در مقابل آن عمل خواهد کرد. اما این بار 'در مقابل' به این معناست که آن را افزایش می‌دهد - چون در مقابل نرخ تغییر کاهشی عمل می‌کند.

قانون لنز بر اساس قانون القای فارادی استوار است. قانون فارادی به ما می‌گوید که یک میدان مغناطیسی متغیر جریانی را در یک رسانا القا می‌کند.

قانون لنز به ما جهت جریان القایی را می‌دهد که متضاد میدان مغناطیسی اولیه که آن را ایجاد کرده است. این موضوع در فرمول قانون فارادی با علامت منفی ('–') نشان داده می‌شود.

این تغییر در میدان مغناطیسی ممکن است با تغییر شدت میدان مغناطیسی با حرکت مغناطیس به سمت یا دور از پیچک، یا با حرکت پیچک به داخل یا خارج از میدان مغناطیس ایجاد شود.

به عبارت دیگر، می‌توانیم بگوییم که مقدار دمای الکتریکی القایی در مدار متناسب با نرخ تغییر پاریته است.

فرمول قانون لنز

قانون لنز بیان می‌کند که وقتی دمای الکتریکی توسط تغییر در پاریته مغناطیسی بر اساس قانون فارادی القای می‌شود، قطبیت دمای الکتریکی القایی چنین است که جریان القایی که ایجاد می‌کند میدان مغناطیسی متضاد میدان مغناطیسی اولیه که آن را ایجاد کرده است.

علامت منفی استفاده شده در قانون فارادی القای الکترومغناطیسی نشان می‌دهد که دمای الکتریکی القایی (ε) و تغییر در پاریته مغناطیسی (δΦB) علامت‌های متضادی دارند. فرمول قانون لنز در زیر نشان داده شده است:

که در آن:

• ε = دمای الکتریکی القایی

• δΦB = تغییر در پاریته مغناطیسی

• N = تعداد دورهای پیچک

قانون لنز و حفظ انرژی

برای رعایت حفظ انرژی، جهت جریان القایی توسط قانون لنز باید میدان مغناطیسی ایجاد کند که مخالف میدان مغناطیسی که آن را ایجاد کرده است. در واقع، قانون لنز نتیجه قانون حفظ انرژی است.

چرا اینطور است؟ خوب، بیایید فرض کنیم که اینطور نبوده و ببینیم چه می‌شود.

اگر میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان القایی در جهت میدانی که آن را ایجاد کرده است، این دو میدان مغناطیسی ترکیب می‌شوند و میدان مغناطیسی بزرگ‌تری ایجاد می‌کنند.

این میدان مغناطیسی ترکیبی بزرگ‌تر، بار دیگر جریانی در رسانا القا می‌کند که دوبرابر مقدار جریان القایی اولیه است.

و این، بار دیگر میدان مغناطیسی دیگری ایجاد می‌کند که جریان دیگری القا می‌کند. و به همین ترتیب.

بنابراین می‌توانیم ببینیم که اگر قانون لنز نمی‌گفت که جریان القایی باید میدان مغناطیسی ایجاد کند که متضاد میدانی که آن را ایجاد کرده است - در این صورت ما با یک حلقه بازخورد مثبت بی‌نهایت مواجه می‌شویم و حفظ انرژی را نقض می‌کنیم (چون به طور موثر یک منبع انرژی بی‌نهایت ایجاد می‌کنیم).