Lenz’s lov om elektromagnetisk induksjon: Definisjon & Formel

Hva er Lenz's lov?

Lenz's lov om elektromagnetisk induksjon sier at retningen på strømmen som induceres i en ledning av et foranderlig magnetfelt (ifølge Faradays lov om elektromagnetisk induksjon) er slik at magnetfeltet som skapes av den inducerte strømmen motvirker det opprinnelige foranderlige magnetfeltet som produserte den. Retningen av denne strømflyt er gitt av Flemings høyrehåndsregel.

Dette kan være vanskelig å forstå til å begynne med—la oss derfor se på et eksempelproblem.

Husk at når en strøm induceres av et magnetfelt, vil det magnetfeltet som denne inducerte strømmen produserer, skape sitt eget magnetfelt.

Dette magnetfeltet vil alltid være slik at det motvirker det magnetfeltet som opprinnelig skapte det.

I eksemplet nedenfor, hvis magnetfeltet "B" øker – som vist i (1) – vil det inducerte magnetfeltet virke mot det.

Når magnetfeltet "B" minker – som vist i (2) – vil det inducerte magnetfeltet igjen virke mot det. Men denne gangen betyr "motvirke" at det virker for å øke feltet – siden det motvirker den minskende endringshastigheten.

Lenz's lov er basert på Faradays lov om induksjon. Faradays lov forteller oss at et foranderlig magnetfelt vil inducere en strøm i en leder.

Lenz's lov forteller oss retningen av denne inducerte strømmen, som motvirker det opprinnelige foranderlige magnetfeltet som produserte den. Dette er uttrykt i formelen for Faradays lov ved negativ fortegn ('–').

Denne endringen i magnetfeltet kan skyldes at styrken av magnetfeltet endres ved å bevege en magnet nærmere eller lenger unna spolen, eller ved å bevege spolen inn i eller ut av magnetfeltet.

Med andre ord, kan vi si at størrelsen på den inducerte spenningsforskjellen i kretsen er proporsjonal med hastigheten av endring av flyt.

Lenz's Lov Formel

Lenz's lov sier at når en spenningsforskel genereres av en endring i magnetisk flyt ifølge Faradays lov, er polariteten av den inducerte spenningsforskjellen slik at den produserer en inducert strøm hvis magnetfelt motvirker det opprinnelige foranderlige magnetfeltet som produserte den.

Det negative fortegnet som brukes i Faradays lov om elektromagnetisk induksjon indikerer at den inducerte spenningsforskjellen (ε) og endringen i magnetisk flyt (δΦB) har motsatte fortegn. Formelen for Lenz's lov er vist nedenfor:

Der:

• ε = Inducert spenningsforskjell

• δΦB = endring i magnetisk flyt

• N = Antall vikter i spolen

Lenz's Lov og Energiens Bevaring

For å overholde energiens bevaring, må retningen av strømmen som induceres via Lenz's lov skape et magnetfelt som motvirker det magnetfeltet som skapte den. Faktisk er Lenz's lov en konsekvens av energiens bevaring.

Hvorfor det, spør du? La oss forestille oss at det ikke var tilfelle og se hva som skjer.

Hvis det magnetfeltet som skapes av den inducerte strømmen, er i samme retning som feltet som skapte den, ville disse to magnetfeltene kombinere seg og skape et større magnetfelt.

Dette kombinerte større magnetfeltet ville så igjen inducere en annen strøm inne i lederen dobbelt så stor som den opprinnelige inducerte strømmen.

Og dette ville igjen skape et annet magnetfelt som ville inducere en ny strøm. Osv.

Så vi kan se at hvis Lenz's lov ikke dikterte at den inducerte strømmen må skape et magnetfelt som motvirker det feltet som skapte den – ville vi ende opp med en uendelig positiv tilbakemeldingsløkke, som bryter energiens bevaring (siden vi effektivt skaper en uendelig energikilde).

Lenz's lov overholder også Newtons tredje lov om bevegelse (dvs. for hver handling er det alltid en like stor og motsatt reaksjon).

Hvis den inducerte strømmen skaper et magnetfelt som er like stort og motsatt retning av det magnetfeltet som skapte den, da kan det bare motvirke endringen i magnetfeltet i området. Dette er i samsvar med Newtons tredje lov om bevegelse.

Lenz's Lov Forklart

For å bedre forstå Lenz's lov, la oss vurdere to tilfeller: