Закон Ленца об электромагнитной индукции: Определение и формула

Что такое закон Ленца?

Закон Ленца электромагнитной индукции гласит, что направление тока, наведенного в проводнике изменяющимся магнитным полем (согласно закону Фарадея электромагнитной индукции) таково, что магнитное поле, созданное наведенным током противодействует первоначальному изменяющемуся магнитному полю, которое его создало. Направление этого тока определяется правилом правой руки Флеминга.

Это может быть сложно понять сначала—так давайте рассмотрим пример задачи.

Помните, что когда ток наводится магнитным полем, магнитное поле, которое этот наведенный ток создает, будет создавать свое собственное магнитное поле.

Это магнитное поле всегда будет таким, что оно противодействует магнитному полю, которое его создало.

В приведенном ниже примере, если магнитное поле "B" увеличивается — как показано на (1) — наведенное магнитное поле будет действовать против него.

Когда магнитное поле "B" уменьшается — как показано на (2) — наведенное магнитное поле снова будет действовать против него. Но в этом случае «противодействие» означает, что оно действует, чтобы увеличить поле — поскольку оно противодействует уменьшающейся скорости изменения.

Закон Ленца основан на законе Фарадея индукции. Закон Фарадея говорит нам, что изменяющееся магнитное поле вызовет ток в проводнике.

Закон Ленца указывает направление этого наведенного тока, который противодействует первоначальному изменяющемуся магнитному полю, которое его создало. Это обозначается отрицательным знаком (‘–’) в формуле закона Фарадея.

Изменение магнитного поля может быть вызвано изменением силы магнитного поля путем приближения или удаления магнита к катушке, или перемещением катушки в магнитное поле или из него.

Другими словами, можно сказать, что величина ЭДС, наведенной в цепи, пропорциональна скорости изменения потока.

Формула закона Ленца

Закон Ленца гласит, что когда ЭДС генерируется изменением магнитного потока согласно закону Фарадея, полярность наведенной ЭДС такова, что она создает наведенный ток, магнитное поле которого противодействует первоначальному изменяющемуся магнитному полю, которое его создало.

Отрицательный знак, используемый в законе Фарадея электромагнитной индукции, указывает, что наведенная ЭДС (ε) и изменение магнитного потока (δΦB) имеют противоположные знаки. Формула закона Ленца представлена ниже:

Где:

• ε = Наведенная ЭДС

• δΦB = изменение магнитного потока

• N = Количество витков в катушке

Закон Ленца и сохранение энергии

Чтобы соблюдать закон сохранения энергии, направление тока, наведенного по закону Ленца, должно создавать магнитное поле, которое противодействует магнитному полю, которое его создало. На самом деле, закон Ленца является следствием закона сохранения энергии.

Почему это так? Давайте представим, что это не так, и посмотрим, что произойдет.

Если магнитное поле, созданное наведенным током, направлено в том же направлении, что и поле, которое его создало, то эти два магнитных поля объединятся и создадут большее магнитное поле.

Это объединенное большее магнитное поле, в свою очередь, наведет другой ток внутри проводника, который будет вдвое больше по величине, чем первоначальный наведенный ток.

И это, в свою очередь, создаст другое магнитное поле, которое наведет еще один ток. И так далее.

Таким образом, мы видим, что если бы закон Ленца не диктовал, что наведенный ток должен создавать магнитное поле, которое противодействует полю, которое его создало, то мы бы получили бесконечную положительную обратную связь, нарушая закон сохранения энергии (поскольку мы фактически создаем бесконечный источник энергии).

Закон Ленца также подчиняется третьему закону Ньютона (то есть каждому действию всегда соответствует равное и противоположное противодействие).

Если наведенный ток создает магнитное поле, которое равно и противоположно направлению магнитного поля, которое его создало, тогда только оно может противостоять изменению магнитного поля в области. Это соответствует третьему закону Ньютона.

Объяснение закона Ленца