Закон електромагнітної індукції Ленца: Визначення та формула

Що таке закон Ленца?

Закон електромагнітної індукції Ленца стверджує, що напрямок струму, викликаного в провіднику змінним магнітним полем (згідно з законом Фарадея електромагнітної індукції) такий, що магнітне поле, створене викликаним струмом протидіє початковому змінному магнітному полю, яке його породило. Напрямок цього струму визначається правилом правої руки Флемінга.

Це може бути складно зрозуміти спочатку — подивимось на приклад задачі.

Пам'ятайте, що коли струм викликається магнітним полем, магнітне поле, яке створює цей викликаний струм, також створить своє власне магнітне поле.

Це магнітне поле завжди буде таким, що воно протидіє магнітному полю, яке його початково створило.

У нижчезазначеному прикладі, якщо магнітне поле "B" збільшується — як показано у (1) — викликане магнітне поле буде протидіяти йому.

Коли магнітне поле "B" зменшується — як показано у (2) — викликане магнітне поле знову буде протидіяти йому. Але цього разу "протидія" означає, що воно діє на збільшення поля — оскільки воно протидіє швидкості зміни, яка зменшується.

Закон Ленца базується на законі Фарадея індукції. Закон Фарадея говорить нам, що змінне магнітне поле викличе струм в провіднику.

Закон Ленца говорить нам про напрямок цього викликаного струму, який протидіє початковому змінному магнітному полю, яке його породило. Це відображено в формулі закона Фарадея знаком мінус (‘–’).

Ця зміна магнітного поля може бути викликана зміною сили магнітного поля шляхом переміщення магніта до або від катушки, або переміщенням катушки в магнітне поле чи з нього.

Іншими словами, можна сказати, що величина ЕДС, викликаної в контурі, пропорційна швидкості зміни потоку.

Формула закона Ленца

Закон Ленца стверджує, що коли ЕДС генерується через зміну магнітного потоку згідно з законом Фарадея, полярність викликаної ЕДС така, що вона створює викликаний струм, чий магнітний поле протидіє початковому змінному магнітному полю, яке його породило.

Від'ємний знак, використовуваний в законі Фарадея електромагнітної індукції, вказує, що викликана ЕДС (ε) та зміна магнітного потоку (δΦB) мають протилежні знаки. Формула для закона Ленца представлена нижче:

Де:

• ε = Викликана ЕДС

• δΦB = зміна магнітного потоку

• N = Кількість обмоток в катушці

Закон Ленца та закон збереження енергії

Для дотримання закону збереження енергії, напрямок струму, викликаного за законом Ленца, повинен створювати магнітне поле, яке протидіє магнітному полю, яке його породило. Насправді, закон Ленца є наслідком закону збереження енергії.

Чому так? Подивимось, що станеться, якщо це не так.

Якщо магнітне поле, створене викликаним струмом, буде в тому ж напрямку, що і поле, яке його породило, то ці два магнітних поля поєднуються і створять більше магнітне поле.

Це поєднане більше магнітне поле, в свою чергу, викличе інший струм в провіднику, який буде вдвічі більшим за величину початкового викликаного струму.

І це, в свою чергу, створить інше магнітне поле, яке викличе ще один струм. І так далі.

Отже, якщо закон Ленца не диктував, що викликаний струм повинен створювати магнітне поле, яке протидіє полю, яке його створило – ми отримали б нескінченний позитивний зворотний зв'язок, порушуючи закон збереження енергії (оскільки ми фактично створюємо безкінечний джерело енергії).

Закон Ленца також дотримується третього закону Ньютона (тобто, кожній дії завжди відповідає рівна і протилежна реакція).