กฎของเลนซ์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า: นิยามและสูตร

อะไรคือกฎของเลนซ์

กฎของเลนซ์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ระบุว่าทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำในตัวนำโดยสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง (ตาม กฎของฟาเรเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า) จะเป็นอย่างไรก็ตามให้สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ สนามแม่เหล็ก ที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ ต้านทาน สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงครั้งแรกที่ทำให้มันเกิดขึ้น ทิศทางของการไหลของกระแสไฟฟ้านี้กำหนดโดย กฎของเฟลมิงมือขวา.

อาจยากต่อการทำความเข้าใจในตอนแรก—ดังนั้นลองดูตัวอย่างปัญหา

จำไว้ว่าเมื่อมีกระแสไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำโดยสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กที่กระแสไฟฟ้านี้สร้างขึ้นจะสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง

สนามแม่เหล็กนี้จะเป็นอย่างไรก็ตามให้ ต้านทาน สนามแม่เหล็กที่สร้างมันขึ้นมา

ในตัวอย่างด้านล่าง ถ้าสนามแม่เหล็ก “B” เพิ่มขึ้น – เช่นใน (1) – สนามแม่เหล็กที่ถูกเหนี่ยวนำจะทำงานตรงข้ามกับมัน

เมื่อสนามแม่เหล็ก “B” ลดลง – เช่นใน (2) – สนามแม่เหล็กที่ถูกเหนี่ยวนำจะทำงานตรงข้ามกับมันอีกครั้ง แต่ครั้งนี้ 'ตรงข้าม' หมายความว่ามันกำลังเพิ่มสนาม – เนื่องจากมันต้านทานอัตราการเปลี่ยนแปลงที่ลดลง

กฎของเลนซ์มีพื้นฐานมาจากกฎของฟาเรเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำ กฎของฟาเรเดย์บอกเราว่าสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าใน ตัวนำ.

กฎของเลนซ์บอกเราว่า ทิศทาง ของกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ ซึ่ง ต้านทาน สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงครั้งแรกที่ทำให้มันเกิดขึ้น นี่ได้รับการบ่งชี้ในสูตรของกฎของฟาเรเดย์โดยเครื่องหมายลบ (‘–’).

การเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กอาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแม่เหล็กโดยการเคลื่อนย้ายแม่เหล็กเข้าหรือออกจากวงจรโค일 หรือเคลื่อนย้ายวงจรโคินเข้าหรือออกจากสนามแม่เหล็ก

กล่าวอีกนัยหนึ่ง เราสามารถกล่าวได้ว่าขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำในวงจรเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของ ฟลักซ์.

สูตรของกฎของเลนซ์

กฎของเลนซ์ ระบุว่าเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าถูกเหนี่ยวนำโดยการเปลี่ยนแปลงของ ฟลักซ์แม่เหล็ก ตามกฎของฟาเรเดย์ ขั้วของแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำจะเป็นอย่างไรก็ตามให้สร้างกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำที่สนามแม่เหล็กของมันต้านทานสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงครั้งแรกที่ทำให้มันเกิดขึ้น

เครื่องหมายลบที่ใช้ในกฎของฟาเรเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าบ่งชี้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ (ε) และการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก (δΦB) มีเครื่องหมายตรงข้ามกัน สูตรของกฎของเลนซ์แสดงดังนี้:

โดยที่:

• ε = แรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ

• δΦB = การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก

• N = จำนวนรอบของวงจรโคิน

กฎของเลนซ์และการอนุรักษ์พลังงาน

เพื่อปฏิบัติตามการอนุรักษ์พลังงาน ทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำโดยกฎของเลนซ์ต้องสร้างสนามแม่เหล็กที่ต้านทานสนามแม่เหล็กที่สร้างมันขึ้นมา แท้จริงแล้ว กฎของเลนซ์เป็นผลมาจากกฎของการอนุรักษ์พลังงาน

ทำไมถึงเป็นเช่นนั้น? ถ้าไม่เป็นเช่นนั้น ลองดูว่าจะเกิดอะไรขึ้น

ถ้าสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำอยู่ในทิศทางเดียวกับสนามที่สร้างมันขึ้นมา สนามแม่เหล็กทั้งสองนี้จะรวมกันและสร้างสนามแม่เหล็กที่ใหญ่ขึ้น

สนามแม่เหล็กที่รวมกันนี้จะเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าภายในตัวนำสองเท่าของกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำครั้งแรก

และนี่จะสร้างสนามแม่เหล็กอีกสนามหนึ่งที่เหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าอีก และเช่นนี้ต่อไป

ดังนั้นเราสามารถเห็นว่าถ้ากฎของเลนซ์ไม่ระบุว่ากระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำต้องสร้างสนามแม่เหล็กที่ ต้านทาน สนามที่สร้างมันขึ้นมา – แล้วเราจะจบลงด้วยวงจรป้อนกลับแบบบวกที่ไม่มีที่สิ้นสุด ทำลายกฎของการอนุรักษ์พลังงาน (เนื่องจากเรากำลังสร้างแหล่งพลังงานที่ไม่มีที่สิ้นสุด)

กฎของเลนซ์ยังปฏิบัติตามกฎของนิวตันข้อที่สามของการเคลื่อนไหว (คือ ทุกการกระทำมีปฏิกิริยาที่เท่ากันและตรงข้ามกัน)

ถ้ากระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำสร้างสนามแม่เหล็กที่เท่ากันและตรงข้ามกับทิศทางของสนามแม่เหล็กที่สร้างมันขึ้นมา สนามแม่เหล็กนี้จึงสามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กในพื้นที่ได้ นี่เป็นไปตามกฎของนิวตันข้อที่สามของการเคลื่อนไหว