Lenzov zakon elektromagnetske indukcije: Definicija & Formula

Kaj je Lenzov zakon?

Lenzov zakon elektromagnetske indukcije pravi, da je smer toka, ki se vodiču inducira zaradi spreminjanja magnetnega polja (glej Faradayev zakon elektromagnetske indukcije), takšna, da magnetno polje, ki ga ta inducirani tok ustvari, tok proti začetnemu spreminjanju magnetnega polja, ki ga je ustvarilo. Smer teka je podana z Flemingovim desnim pravilom roke.

To je morda težko razumeti na začetku – torej poglejmo primer.

Zapomnite si, da kadar tok induciramo z magnetnim poljem, bo to magnetno polje, ki ga ta inducirani tok ustvari, ustvarilo svoje lastno magnetno polje.

To magnetno polje bo vedno tako, da bo proti magnetnemu polju, ki je prvotno ustvarilo.

V spodnjem primeru, če se magnetno polje "B" povečuje – kot je prikazano v (1) – bo inducirano magnetno polje delovalo v nasprotju z njim.

Kadar se magnetno polje "B" zmanjšuje – kot je prikazano v (2) – bo opet inducirano magnetno polje delovalo v nasprotju z njim. Vendar pa to pomeni, da deluje proti zmanjševanju, saj nasprotuje zmanjševalnemu hitrostnemu kotehu.

Lenzov zakon temelji na Faradayevem zakonu indukcije. Faradayev zakon nam pove, da spreminjajoče se magnetno polje inducira tok v vodiču.

Lenzov zakon nam pove smer tega induciranega toka, ki proti začetnemu spreminjanju magnetnega polja, ki ga je ustvarilo. To je označeno v enačbi za Faradayev zakon z negativnim predznakom (‘–’).

Ta sprememba magnetnega polja se lahko zgodi zaradi spreminjanja moči magnetnega polja z premikanjem magneta bližje ali oddaljeneje od cevi, ali z premikanjem cevi v ali iz magnetnega polja.

Z drugimi besedami, lahko rečemo, da je velikost EMF, ki se inducira v vezju, sorazmerna s hitrostjo spreminjanja toka.

Lenzov zakon - enačba

Lenzov zakon pravi, da kadar se EMF generira zaradi spremembe magnetnega toka glede na Faradayev zakon, je polarnost inducirane EMF takšna, da ustvari inducirani tok, katerega magnetno polje nasprotuje prvotnemu spreminjanju magnetnega polja, ki je to EMF ustvarilo.

Negativni predznak, uporabljen v Faradayevem zakonu elektromagnetske indukcije, kaže, da imata inducirana EMF (ε) in sprememba magnetnega toka (δΦB) nasprotna predzanka. Enačba za Lenzov zakon je prikazana spodaj:

Kjer:

• ε = Inducirana EMF

• δΦB = sprememba magnetnega toka

• N = Število obratov v cevi

Lenzov zakon in ohranitev energije

Da bi spoštovali ohranitev energije, mora smer toka, ki se inducira preko Lenzovega zakona, ustvariti magnetno polje, ki nasprotuje magnetnemu polju, ki je to tok ustvarilo. V resnici je Lenzov zakon posledica zakona o ohranitvi energije.

Zakaj je tako? Pa recimo, da to ni bilo tako in vidimo, kaj se zgodi.

Če bi bilo magnetno polje, ki ga ustvari inducirani tok, v isti smeri kot polje, ki je to tok ustvarilo, bi se ti dve magnetni polji združili in ustvarila večje magnetno polje.

To združeno večje magnetno polje bi na svojo stran induciralo nov tok v vodiču, dvakrat večji od prvotno induciranega toka.

In to bi na svojo stran ustvarilo novo magnetno polje, ki bi induciralo še en tok. In tako naprej.

Torej, če Lenzov zakon ne bi diktiral, da mora inducirani tok ustvariti magnetno polje, ki nasprotuje polju, ki je to tok ustvarilo – bi končali z neskončno pozitivno povratno zanko, ki bi kršila zakon o ohranitvi energije (ker bi ustvarili neskončen vir energije).

Lenzov zakon spoštuje tudi Newtonov tretji zakon gibanja (tj. vsaki akciji sledi vedno enaka in nasprotna reakcija).

Če inducirani tok ustvari magnetno polje, ki je enako in nasprotne smeri kot magnetno polje, ki ga je ustvarilo, lahko le tako odpire spremembo magnetnega polja v območju. To je v skladu s tretjim Newtonovim zakonom gibanja.