Lenzov zakon elektromagnetske indukcije: Definicija i formula

Što je Lenzov zakon?

Lenzov zakon elektromagnetske indukcije kaže da smjer struje inducirane u vodilu mijenjajućim magnetskim poljem (prema Faradayevom zakonu elektromagnetske indukcije) takav je da magnetsko polje stvoreno induciranom strujom suprotno djeluje na početno mijenjajuće magnetsko polje koje ga je proizvelo. Smjer toka ove struje daje Flemingovo pravilo desne ruke.

To može biti teško za razumijevanje na početku – pa pogledajmo primjer problema.

Zapamtite da kada se struja inducira magnetskim poljem, magnetsko polje koje ta inducirana struja proizvede stvorit će svoje magnetsko polje.

Ovo magnetsko polje uvijek će biti tako da suprotstavlja magnetskom polju koje je izvorno stvorilo.

U donjem primjeru, ako magnetsko polje "B" raste – kao što je prikazano u (1) – inducirano magnetsko polje će djelovati suprotno njemu.

Kada magnetsko polje "B" opada – kao što je prikazano u (2) – inducirano magnetsko polje ponovno će djelovati suprotno njemu. Ali ovaj put 'suprotno' znači da pomaže polju – jer se suprotstavlja smanjenju brzine promjene.

Lenzov zakon temelji se na Faradayevom zakonu indukcije. Faradayev zakon nam govori da će mijenjajuće magnetsko polje inducirati struju u vodilu.

Lenzov zakon nam govori smjer ove inducirane struje, koji suprotstavlja početno mijenjajuće magnetsko polje koje ju je proizvelo. To se označava negativnim predznakom (‘–’) u formuli za Faradayev zakon.

Promjena u magnetskom polju može biti uzrokovana promjenom jačine magnetskog polja pomicanjem magneta prema ili od bobine, ili pomicanjem bobine u magnetsko polje ili iz njega.

Drugim riječima, možemo reći da je magnituda EMF-a induciranog u krugu proporcionalna brzini promjene toka.

Formula Lenzova zakona

Lenzov zakon kaže da kada se EMF generira promjenom magnetskog toka prema Faradayevom zakonu, polaritet induciranog EMF-a takav je da proizvede induciranu struju čije magnetsko polje suprotstavlja početno mijenjajuće magnetsko polje koje ju je proizvelo.

Negativni predznak korišten u Faradayevom zakonu elektromagnetske indukcije ukazuje na to da inducirani EMF (ε) i promjena magnetskog toka (δΦB) imaju suprotne predznake. Formula za Lenzov zakon prikazana je ispod:

Gdje:

• ε = Inducirani EMF

• δΦB = promjena magnetskog toka

• N = Broj zavojnica u bobini

Lenzov zakon i zakon održavanja energije

Da bi se poštovao zakon održavanja energije, smjer struje inducirane prema Lenzovom zakonu mora stvoriti magnetsko polje koje suprotstavlja magnetsko polje koje ju je stvorilo. U stvari, Lenzov zakon je posljedica zakona o održavanju energije.

Zašto je to tako, pitate? Pa, recimo da to nije slučaj i vidimo što se događa.

Ako magnetsko polje stvoreno induciranom strujom ide u istom smjeru kao polje koje ju je proizvelo, tada bi ta dva magnetska polja kombinirala i stvorila veće magnetsko polje.

Ovo kombinirano veće magnetsko polje, na svoj red, induciralo bi drugu struju unutar vodila dvostruko veće magnitude od originalne inducirane struje.

I to bi, na svoj red, stvorilo novo magnetsko polje koje bi induciralo još jednu struju. I tako dalje.

Dakle, možemo vidjeti da ako Lenzov zakon ne diktuje da mora inducirana struja stvoriti magnetsko polje koje suprotstavlja polje koje ju je proizvelo – tada bismo dobili beskonačnu pozitivnu povratnu petlju, rušenju zakona o održavanju energije (budući da efektivno stvaramo beskonačni izvor energije).

Lenzov zakon također poštuje Newtonov treći zakon gibanja (tj. svakom akciji uvijek postoji jednak i suprotan odgovor).

Ako inducirana struja stvara magnetsko polje koje je jednako i suprotno smjeru magnetskog polja koje ju je proizvelo, tada samo ono može otpriječiti promjeni magnetskog polja u području. Ovo je u skladu s Newtonovim trećim zakonom gibanja.

Objašnjenje Lenzova zakona