חוק לנץ של השראה אלקטרומגנטית: הגדרה & נוסחה

מהו חוק לנץ?

חוק לנץ של האינדוקציה האלקטרומגנטית קובע כי כיוון הזרם המושרה במנוע על ידי שדה מגנטי משתנה (כפי שמופיע בחוק פאראדיי של האינדוקציה האלקטרומגנטית) הוא כזה שהשדה המגנטי שנוצר על ידי הזרם המושרה ממתן מגין בשדה המגנטי הראשוני המשתנה שהפיק אותו. כיוון זרימה זו נתון על ידי חוק יד ימין של פלמינג.

זה יכול להיות קשה להבנה בהתחלה—אז בואו נסתכל על דוגמה בעיה.

זכור שכשזרם מושרה על ידי שדה מגנטי, השדה המגנטי שהזרם המושרה הזה יוצר יצור שדה מגנטי משלהו.

השדה המגנטי תמיד יהיה כזה שהוא מגין על השדה המגנטי שהפיק אותו.

בדוגמה שלהלן, אם השדה המגנטי "B" נמצא בתהליך עלייה – כפי שמוצג ב-(1) – השדה המגנטי המושרה יפעל נגד זה.

כאשר השדה המגנטי "B" נמצא בתהליך ירידה – כפי שמוצג ב-(2) – השדה המגנטי המושרה יפעל שוב נגד זה. אבל הפעם "נגד" אומר שהוא פועל כדי להגדיל את השדה – מכיוון שהוא מתנגד לתהליך ההצטמצמות.

חוק לנץ מבוסס על חוק פאראדיי של האינדוקציה. חוק פאראדיי מספר לנו ששדה מגנטי משתנה ייצר זרם במנוע.

חוק לנץ מספר לנו את כיוון הזרם המושרה, שמגין על השדה המגנטי הראשוני המשתנה שהפיק אותו. זה מסומן בנוסחה של חוק פאראדיי באמצעות הסימן השלילי (‘–’).

השינוי בשדה המגנטי עשוי להיגרם על ידי שינוי חוזק השדה המגנטי על ידי הזזת מגנט אל או הרחק מהסליל, או על ידי הזזת הסליל אל תוך או מחוץ לשדה המגנטי.

במילים אחרות, אפשר לומר שהגודל של ה-VEM המושרה במעגל פרופורציוני לקצב השינוי בפלוקס.

נוסחת חוק לנץ

חוק לנץ קובע שאם VEM נוצר על ידי שינוי בפלוקס מגנטי בהתאם לחוק פאראדיי, הקוטביות של ה-VEM המושרה היא כזו שהיא מייצרת זרם מושרה שהשדה המגנטי שלו מגן על השדה המגנטי הראשוני המשתנה שהפיק אותו

הסימן השלילי המשמש בחוק פאראדיי של האינדוקציה האלקטרומגנטית מצביע על כך שה-VEM המושרה (ε) והשינוי בפלוקס המגנטי (δΦB) הם בעלי סימנים מנוגדים. הנוסחה עבור חוק לנץ מוצגת למטה:

כאשר:

• ε = VEM מושרה

• δΦB = שינוי בפלוקס מגנטי

• N = מספר הסיבובים בסליל

חוק לנץ ושמירת אנרגיה

כדי לענות על חוק שימור האנרגיה, הכיוון של הזרם המושרה על פי חוק לנץ חייב ליצור שדה מגנטי שמגן על השדה המגנטי שהפיק אותו. למעשה, חוק לנץ הוא תוצאה של חוק שימור האנרגיה.

מדוע זה כך? ובכן, בואו נניח שזה לא היה כך ונראה מה קורה.

אם השדה המגנטי שנוצר על ידי הזרם המושרה הוא באותו כיוון כמו השדה שהפיק אותו, אז שני השדות המגנטיים הללו היו מתאחדים ויוצרים שדה מגנטי גדול יותר.

השדה המגנטי המאוחד הגדול יותר היה, בתורו, מורה זרם נוסף בתוך המנוע פי שניים מהזרם המושרה המקורי.

וזה היה, בתורו, יוצר שדה מגנטי נוסף שימשוך זרם נוסף. וכך הלאה.

אז אנחנו יכולים לראות שאם חוק לנץ לא היה קובע שהזרם המושרה חייב ליצור שדה מגנטי שמגן על השדה שהפיק אותו – אז היינו מסיימים עם לולאת משוב חיובית אינסופית, מה שמרמס את חוק שימור האנרגיה (מאחר שאנחנו בעצם יוצרים מקור אנרגיה אינסופי).

חוק לנץ גם עונה על חוק השלישי של ניוטון (כלומר לכל פעולה יש תמיד תגובה שווה ומגינה).

אם הזרם המושרה יוצר שדה מגנטי שווה ומגין בכיוון של השדה המגנטי שהפיק אותו, רק אז הוא יכול להתנגד לשינוי בשדה המגנטי באזור. זה בהתאם לחוק השלישי של ניוטון.

חוק לנץ מוסבר

כדי להבין טוב יותר את חוק לנץ, בואו נחשוב על שני מקרים:

מקרה 1: כאשר מגנט מתקרב לסליל.

תשלום טיפ