Lenz lag om elektromagnetisk induktion: Definition & Formel

Vad är Lenz's lag?

Lenz's lag om elektromagnetisk induktion säger att riktningen för den ström som induceras i en ledare av ett föränderligt magnetfält (enligt Faradays lag om elektromagnetisk induktion) är sådan att det magnetfält som skapas av den inducerade strömmen motverkar det ursprungliga föränderliga magnetfältet som producerade den. Riktningen för denna strömförflyttning ges av Flemings högerhandsregel.

Detta kan vara svårt att förstå från början—så låt oss titta på ett exempelproblem.

Kom ihåg att när en ström induceras av ett magnetfält, kommer det magnetfält som denna inducerade ström producerar att skapa sitt eget magnetfält.

Detta magnetfält kommer alltid att vara sådant att det motverkar det magnetfält som ursprungligen skapade det.

I exemplet nedan, om magnetfältet "B" ökar – som visas i (1) – kommer det inducerade magnetfältet att verka mot det.

När magnetfältet "B" minskar – som visas i (2) – kommer det inducerade magnetfältet igen att agera mot det. Men denna gång betyder "motverka" att det arbetar för att öka fältet – eftersom det motsätter sig den minskande ändringstakten.

Lenz's lag bygger på Faradays lag om induktion. Faradays lag berättar för oss att ett föränderligt magnetfält kommer att inducera en ström i en ledare.

Lenz's lag berättar för oss riktningen för denna inducerade ström, vilken motverkar det ursprungliga föränderliga magnetfältet som producerade den. Detta indikeras i formeln för Faradays lag genom det negativa tecknet ('–').

Denna ändring i magnetfältet kan orsakas genom att ändra styrkan på magnetfältet genom att flytta en magneter närmare eller bort från spolen, eller genom att flytta spolen in i eller ut ur magnetfältet.

Med andra ord, vi kan säga att storleken på den inducerade spänningen i kretsen är proportionell till ändringstakten av flöde.

Lenz's lag Formel

Lenz's lag säger att när en EMF genereras genom en ändring i magnetisk flödestäthet enligt Faradays lag, är polariteten för den inducerade EMF sådan att den producerar en inducerad ström vars magnetfält motverkar det ursprungliga föränderliga magnetfältet som producerade den.

Det negativa tecknet som används i Faradays lag om elektromagnetisk induktion anger att den inducerade EMF (ε) och ändringen i magnetisk flödestäthet (δΦB) har motsatta tecken. Formeln för Lenz's lag visas nedan:

Där:

• ε = Inducerad EMF

• δΦB = ändring i magnetisk flödestäthet

• N = Antal varv i spolen

Lenz's lag och energierningslagen

För att följa energierningslagen måste riktningen för den ström som induceras enligt Lenz's lag skapa ett magnetfält som motverkar det magnetfält som skapade den. Faktiskt är Lenz's lag en konsekvens av energierningslagen.

Varför då frågar du? Låt oss anta att det inte var fallet och se vad som händer.

Om det magnetfält som skapas av den inducerade strömmen är i samma riktning som det fält som producerade den, skulle dessa två magnetfält kombineras och skapa ett större magnetfält.

Det kombinerade större magnetfältet skulle i sin tur inducera en annan ström inuti leden med dubbla magnituden av den ursprungliga inducerade strömmen.

Och detta skulle i sin tur skapa ett annat magnetfält som skulle inducera ytterligare en ström. Och så vidare.

Så vi kan se att om Lenz's lag inte dikterade att den inducerade strömmen måste skapa ett magnetfält som motverkar det fält som skapade den – skulle vi få en oändlig positiv återkopplingsloop, vilket bryter mot energierningslagen (eftersom vi effektivt skapar en oändlig energikälla).

Lenz's lag följer också Newtons tredje rörelselag (dvs. för varje handling finns det alltid en lika och motsatt reaktion).

Om den inducerade strömmen skapar ett magnetfält som är lika och motsatt riktningen av det magnetfält som skapade det, kan det endast resist mot ändringen av magnetfältet i området. Detta är i enlighet med Newtons tredje rörelselag.

Lenz's lag Förklarad

För att bättre förstå Lenz's lag, låt oss överväga två fall: