Lenz törvénye az elektromos indukcióval kapcsolatban: Definíció & Formula
Mi a Lenz-törvény?
A Lenz elektromágneses indukció törvénye szerint az áramerősség iránya, amelyet egy változó mágneses mező indukál egy vezetőben (a Faraday elektromágneses indukció törvénye szerint), olyan, hogy a mágneses mező, amelyet az indukált áramerősség ellenzi az eredeti, változó mágneses mezőt, amely azt előidézte. Az áramerősség irányát a Fleming jobbkezes szabálya adja meg.
Ez kezdetben nehéz megérteni – nézzünk egy példát.
Ne felejtsük el, hogy amikor egy áramerősséget indukál egy mágneses mező, az indukált áramerősség saját mágneses mezőt hoz létre.
Ez a mágneses mező mindig olyan lesz, hogy ellenzi a mágneses mezőt, amely eredetileg azt hozta létre.
A következő példában, ha a "B" mágneses mező növekszik – ahogy az (1) mutatja – az indukált mágneses mező ellenségesen fog fellépni.
Amikor a "B" mágneses mező csökken – ahogy (2) mutatja – az indukált mágneses mező ismét ellenségesen fog fellépni. De ebben az esetben „ellenségesen” azt jelenti, hogy növeli a mezőt – mivel ellenzi a csökkenést.
A Lenz-törvény alapja a Faraday indukciós törvénye. A Faraday törvény szerint a változó mágneses mező indukál áramerősség egy vezetőben.
A Lenz-törvény megadja az irányát ennek az indukált áramerősségnek, amely ellenzi az eredeti, változó mágneses mezőt, amely azt előidézte. Ez a negatív előjel ('–') jelzésével van meghatározva a Faraday törvény formulájában.
Ez a mágneses mező változása lehet, hogy a mágneses mező erejét változtatják, a mágnes távolságát változtatják a tekercshez képest, vagy a tekercset mozgatják a mágneses mezőbe vagy onnan.
Más szavakkal, azt mondhatjuk, hogy a körben indukált EMF nagysága arányos a flux változásának sebességével.
A Lenz-törvény formula
A Lenz-törvény szerint, amikor egy EMF-et generál egy mágneses flux változása a Faraday törvénye szerint, az indukált EMF polaritása olyan, hogy az indukált áramerősség mágneses mezője ellenzi az eredeti, változó mágneses mezőt, amely azt előidézte.
A Faraday elektromágneses indukció törvényében használt negatív előjel arra utal, hogy az indukált EMF (ε) és a mágneses flux (δΦB) változása ellentétes előjellel rendelkezik. A Lenz-törvény formulája az alábbi:
Ahol:
ε = Indukált EMF
δΦB = Mágneses flux változása
N = Tekercs karikaibeli tekerések száma
A Lenz-törvény és az energia megmaradásának törvénye
Az energia megmaradásának törvényének betartásához a Lenz-törvény szerint indukált áramerősség iránya olyan mágneses mezőt kell létrehozni, ami ellenzi a mágneses mezőt, amely azt hozta létre. Valójában a Lenz-törvény a energia megmaradásának törvényének következménye.
Miért van így? Ha nem lenne így, akkor lássuk, mi történne.
Ha az indukált áramerősség által létrehozott mágneses mező ugyanabba az irányba mutat, mint a mező, amely azt hozta létre, akkor ez a két mágneses mező kombinálódna, és nagyobb mágneses mezőt hozna létre.
Ez a kombinált nagyobb mágneses mező, sorra indukálná egy másik áramerősséget a vezetőben, amely kétszer akkora, mint az eredeti indukált áramerősség.
Ez, sorra, létrehozna egy másik mágneses mezőt, ami további áramerősséget indukálná. És így tovább.
Tehát láthatjuk, hogy ha a Lenz-törvény nem határozná meg, hogy az indukált áramerősség olyan mágneses mezőt kell létrehozni, ami ellenzi a mezőt, ami azt hozta létre – akkor végtelen pozitív visszacsatolási hurokot kapnánk, ami sérti az energia megmaradásának törvényét (mivel hatékonyan végtelen energiát hoznánk létre).
A Lenz-törvény betartja Newton harmadik mozgástörvényét (azaz minden művelethez mindig van egy egyenlő és ellentétes reakció).
Ha az indukált áramerősség olyan mágneses mezőt hoz létre, ami egyenlő és ellentétes a mágneses mező irányával, ami azt hozta létre, akkor csak ilyen módon tudja ellenzi a mágneses mező változását a területen. Ez megfelel Newton harmadik mozgástörvényének.
