レンツの電磁誘導則：定義と公式

レンツの法則とは何か？

レンツの電磁誘導の法則は、変化する磁場によって導体に誘起される電流の方向（ファラデーの電磁誘導の法則による）が、誘起された電流によって作られる磁場が、その初期の変化する磁場を反対する方向を持つことを示しています。電流 反対する初期の変化する磁場がそれを生み出します。この電流の流れの方向はフレミングの右手の法則によって与えられます。

これは最初は理解するのが難しいかもしれません—そこで例題を見てみましょう。

磁場によって電流が誘起されると、その誘起された電流によって新たな磁場が作られることを覚えておいてください。

この磁場は常に、それを作り出した元の磁場と反対の方向を持つことになります。

以下の例では、磁場「B」が増加している場合（図 (1) 参照）、誘起された磁場はそれに反対する方向を持ちます。

磁場「B」が減少している場合（図 (2) 参照）、誘起された磁場は再びそれに反対する方向を持ちますが、このとき「反対」とは、減少率を反対する方向に働くため、磁場を増加させる方向を意味します。

レンツの法則はファラデーの誘導の法則に基づいています。ファラデーの法則によれば、変化する磁場は導体に電流を誘起します。

レンツの法則は、この誘起された電流の方向を教えてくれます。この誘起された電流の方向は、それが生み出した初期の変化する磁場と反対の方向を持ちます。これはファラデーの法則の式で負の符号（‘–’）によって表されます。

この磁場の変化は、コイルに対して磁石を近づけたり遠ざけたりすることで磁場の強度を変えるか、またはコイルを磁場内に移動させたりすることによって引き起こされることがあります。

言い換えると、回路に誘起されるEMFの大きさは磁束の変化率に比例します。

レンツの法則の式

レンツの法則は、磁束の変化によりEMFが生成される場合、誘起されたEMFの極性は、そのEMFによって誘起された電流が生成する磁場が、そのEMFを生成した初期の変化する磁場と反対の方向を持つように定められています。

ファラデーの電磁誘導の法則における負の符号は、誘起されたEMF（ε）と磁束（δΦB）の変化が反対の符号を持つことを示しています。レンツの法則の式は以下の通りです：

ここで：

• ε = 誘起された電動力

• δΦB = 磁束の変化

• N = コイルの巻数

レンツの法則とエネルギー保存の法則

エネルギー保存の法則を守るために、レンツの法則によって誘起される電流の方向は、その磁場を作った磁場と反対の方向を持つ磁場を作らなければなりません。実際、レンツの法則はエネルギー保存の法則の結果です。

なぜですか？それは、そうでない場合、何が起こるか考えてみてください。

誘起された電流によって作られる磁場が、それを生み出した磁場と同じ方向である場合、これらの2つの磁場は結合してより大きな磁場を作ります。

この結合した大きな磁場は、さらに導体内に元の誘起電流の2倍の大きさの新たな電流を誘起します。

そして、これがさらに新たな磁場を作り、さらなる電流を誘起します。このプロセスは繰り返されます。

したがって、レンツの法則が誘起された電流がそれを作り出した磁場と反対の方向を持つ磁場を作ることを規定しなければ、無限の正のフィードバックループが発生し、エネルギー保存の法則が破られます（無限のエネルギー源を作成しているからです）。

レンツの法則はまた、ニュートンの第三法則（つまり、すべての作用には常に等しい反作用がある）にも従います。

誘起された電流が、それを生み出した磁場と等しく反対の方向を持つ磁場を作るのであれば、その磁場は磁場の変化を抵抗することができます。これはニュートンの第三法則に従っています。

レンツの法則の解説

レンツの法則をよりよく理解するために、以下の2つのケースを考えてみましょう：