Lenz Wet van Elektromagnetische Inductie: Definitie & Formule

Wat is de wet van Lenz?

Lenz's wet van elektromagnetische inductie stelt dat de richting van de stroom die in een geleider wordt opgewekt door een veranderend magnetisch veld (volgens Faraday's wet van elektromagnetische inductie) zo is, dat het magnetisch veld dat door de opgewekte stroom tegenwerkt het oorspronkelijke veranderende magnetische veld dat het heeft opgewekt. De richting van deze stroom is gegeven door Fleming's rechterhandregel.

Dit kan aanvankelijk moeilijk te begrijpen zijn—laten we dus een voorbeeldprobleem bekijken.

Onthoud dat wanneer een stroom wordt opgewekt door een magnetisch veld, het magnetisch veld dat deze opgewekte stroom produceert, zijn eigen magnetisch veld zal creëren.

Dit magnetisch veld zal altijd zo zijn, dat het tegenwerkt het magnetisch veld dat het oorspronkelijk heeft gecreëerd.

In het onderstaande voorbeeld, als het magnetisch veld "B" toeneemt – zoals getoond in (1) – zal het opgewekte magnetisch veld ertegen werken.

Wanneer het magnetisch veld "B" afneemt – zoals getoond in (2) – zal het opgewekte magnetisch veld er weer tegen werken. Maar dit keer betekent 'tegenwerken' dat het het veld versterkt – omdat het de afname tegengaat.

Lenz's wet is gebaseerd op Faraday's wet van inductie. Faraday's wet vertelt ons dat een veranderend magnetisch veld een stroom zal opwekken in een geleider.

Lenz's wet vertelt ons de richting van deze opgewekte stroom, die tegenwerkt het oorspronkelijke veranderende magnetische veld dat het heeft opgewekt. Dit wordt aangegeven in de formule voor Faraday's wet door het minteken (‘–’).

Deze verandering in het magnetisch veld kan worden veroorzaakt door de sterkte van het magnetisch veld te veranderen door een magneet naar of van de spoel te bewegen, of door de spoel in of uit het magnetisch veld te bewegen.

Met andere woorden, kunnen we zeggen dat de grootte van de in het circuit opgewekte spanning evenredig is met de snelheid van de verandering van flux.

Formule van Lenz's Wet

Lenz's wet stelt dat wanneer een spanning wordt opgewekt door een verandering in magnetische flux volgens Faraday's Wet, de polariteit van de opgewekte spanning zo is, dat deze een opgewekte stroom produceert waarvan het magnetisch veld het oorspronkelijke veranderende magnetische veld tegengaat dat het heeft opgewekt.

Het minteken dat in Faraday's wet van elektromagnetische inductie wordt gebruikt, geeft aan dat de opgewekte spanning (ε) en de verandering in magnetische flux (δΦB) verschillende tekens hebben. De formule voor Lenz's wet is hieronder getoond:

Waarbij:

• ε = Opgewekte spanning

• δΦB = verandering in magnetische flux

• N = Aantal windingen in de spoel

Lenz's Wet en Energiebehoud

Om het energiebehoud te respecteren, moet de richting van de stroom die via Lenz's wet wordt opgewekt, een magnetisch veld creëren dat het magnetisch veld dat het heeft opgewekt tegengaat. In feite is Lenz's wet een gevolg van de wet van het energiebehoud.

Waarom is dat zo? Laten we doen alsof dat niet het geval was en zien wat er gebeurt.

Als het magnetisch veld dat door de opgewekte stroom wordt gecreëerd, in dezelfde richting is als het veld dat het heeft opgewekt, dan zouden deze twee magnetische velden zich combineren en een groter magnetisch veld creëren.

Dit gecombineerde grotere magnetisch veld zou op zijn beurt een andere stroom binnen de geleider opwekken, twee keer zo groot als de oorspronkelijke opgewekte stroom.

En dit zou op zijn beurt weer een ander magnetisch veld creëren dat nog een stroom zou opwekken. En zo verder.

Dus we kunnen zien dat als Lenz's wet niet dicteerde dat de opgewekte stroom een magnetisch veld moet creëren dat tegenwerkt het veld dat het heeft opgewekt – dan zouden we eindigen met een eindeloze positieve feedbacklus, wat het energiebehoud zou schenden (omdat we effectief een eindeloze energiebron creëren).

Lenz's wet gehoorzaamt ook aan Newton's derde wet van beweging (d.w.z. dat op elke actie altijd een gelijke en tegengestelde reactie volgt).

Als de opgewekte stroom een magnetisch veld creëert dat gelijk en tegengesteld is aan de richting van het magnetisch veld dat het heeft opgewekt, dan kan het alleen de verandering in het magnetisch veld in het gebied weerstaan. Dit is in overeenstemming met Newton's derde wet van beweging.

Lenz's Wet Uitgelegd

Om Lenz's wet beter te begrijpen, laten we