Lenzov zakon elektromagnetske indukcije: Definicija i formula

Šta je Lensov zakon?

Lensov zakon elektromagnetske indukcije kaže da se smer struje indukovane u vodiču menjajućim magnetskim poljem (prema Faradajevom zakonu elektromagnetske indukcije) određuje tako da magnetsko polje stvoreno indukovanim strujnim tokom suprotstavlja početnom menjajućem magnetskom polju koje ga je proizvelo. Smer ovog strujnog toka daje Fleminovo pravilo desne ruke.

Ovo može biti teško za razumijevanje na početku—pa pogledajmo primer problem.

Zapamtite da kada struja biva indukovana magnetskim poljem, magnetsko polje koje ta indukovana struja proizvodi će stvoriti svoje magnetsko polje.

Ovo magnetsko polje uvek će biti takvo da suprotstavlja magnetsko polje koje je izvorno stvorilo.

U narednom primeru, ako magnetsko polje „B“ raste – kao što je prikazano u (1) – indukovano magnetsko polje će djelovati suprotno njemu.

Kada magnetsko polje „B“ opada – kao što je prikazano u (2) – indukovano magnetsko polje će ponovo djelovati suprotno njemu. Ali ovaj put „suprotno“ znači da ono povećava polje – jer se suprotstavlja opadanju brzine promene.

Lensov zakon temelji se na Faradajevom zakonu indukcije. Faradajev zakon nam govori da će menjajuće magnetsko polje indukovati struju u vodiču.

Lensov zakon nam govori o smeru ove indukovane struje, koja suprotstavlja početnom menjajućem magnetskom polju koje ju je proizvelo. Ovo se označava negativnim znakom (‘–’) u formuli za Faradajev zakon.

Promena magnetskog polja može biti uzrokovana promenom jačine magnetskog polja pomjeranjem magneta bliže ili dalje od cewa, ili pomjeranjem cewa u unutrašnjost ili van magnetskog polja.

Drugim rečima, možemo reći da je veličina EMD-a indukovana u krugu proporcionalna brzini promene fluksa.

Formula Lensova zakona

Lensov zakon kaže da kada se EMD generiše promenom magnetskog fluksa prema Faradajevom zakonu, polaritet indukovanog EMD-a je takav, da indukovani strujni tok proizvodi magnetsko polje koje se suprotstavlja početnom menjajućem magnetskom polju koje je proizvelo.

Negativni znak korišćen u Faradajevom zakonu elektromagnetske indukcije ukazuje da indukovani EMD (ε) i promena magnetskog fluksa (δΦB) imaju suprotne predznake. Formula za Lensova zakona je prikazana ispod:

Gde:

• ε = Indukovani EMD

• δΦB = promena magnetskog fluksa

• N = Broj zavojaka u cewu

Lensov zakon i zakon očuvanja energije

Da bi se poštovalo očuvanje energije, smer indukovane struje preko Lensova zakona mora stvoriti magnetsko polje koje se suprotstavlja magnetskom polju koje je stvorilo. U stvari, Lensov zakon je posljedica zakona očuvanja energije.

Zašto je to tako? Pa, recimo da to nije slučaj i vidimo šta se dešava.

Ako magnetsko polje stvoreno indukovanim strujnim tokom ide u istom smeru kao polje koje ga je proizvelo, tada bi ta dva magnetska polja kombinirala i stvorila veće magnetsko polje.

Ovo kombinirano veće magnetsko polje, na svoju stranu, indukovao bi drugi strujni tok unutar vodiča dvostruke veličine prvobitno indukovanog strujnog toka.

I to bi, na svoju stranu, stvorilo još jedno magnetsko polje koje bi indukovao još jedan strujni tok. I tako dalje.

Dakle, možemo videti da ako Lensov zakon ne diktuje da mora indukovani strujni tok stvoriti magnetsko polje koje suprotstavlja polje koje ga je proizvelo – tada bi smo dobili beskonačnu pozitivnu povratnu petlju, prekršavajući zakon očuvanja energije (pošto efektivno stvaramo beskonačni izvor energije).

Lensov zakon takođe poštuje Njutnov treći zakon gibanja (tj. svakom akciji postoji uvijek jednaka i suprotna reakcija).

Ako indukovani strujni tok stvara magnetsko polje koje je jednako i suprotno smeru magnetskog polja koje ga stvara, tada samo on može otupiti promenu magnetskog polja u oblasti. To je u skladu sa Njutnovim trećim zakonom gibanja.

Objašnjenje Lensova zakona