Định luật Lenz về cảm ứng điện từ: Định nghĩa & Công thức

Định luật Lenz là gì?

Định luật cảm ứng điện từ của Lenz nêu rằng hướng dòng điện được tạo ra trong một dẫn thể do sự thay đổi của trường từ (theo định luật cảm ứng điện từ của Faraday) sao cho trường từ được tạo ra bởi dòng điện cảm ứng dòng điện chống lại trường từ ban đầu đã tạo ra nó. Hướng của dòng điện này được xác định bởi quy tắc tay phải của Fleming.

Điều này có thể khó hiểu lúc đầu—vì vậy hãy xem xét một ví dụ.

Hãy nhớ rằng khi một dòng điện được tạo ra bởi một trường từ, thì trường từ mà dòng điện cảm ứng này tạo ra sẽ tạo ra một trường từ riêng của nó.

Trường từ này luôn luôn chống lại trường từ đã tạo ra nó ban đầu.

Trong ví dụ dưới đây, nếu trường từ “B” đang tăng – như được hiển thị ở (1) – thì trường từ cảm ứng sẽ chống lại nó.

Khi trường từ “B” đang giảm – như được hiển thị ở (2) – thì trường từ cảm ứng sẽ tiếp tục chống lại nó. Nhưng lần này ‘chống lại’ có nghĩa là nó đang làm tăng trường từ – vì nó đang chống lại tốc độ thay đổi giảm dần.

Định luật Lenz dựa trên định luật cảm ứng điện từ của Faraday. Định luật Faraday cho biết rằng một trường từ thay đổi sẽ tạo ra một dòng điện trong một dẫn thể.

Định luật Lenz cho biết hướng của dòng điện cảm ứng này, mà chống lại trường từ ban đầu đã tạo ra nó. Điều này được biểu thị bằng dấu âm ('–') trong công thức của định luật Faraday.

Thay đổi trong trường từ có thể do việc thay đổi cường độ trường từ bằng cách di chuyển nam châm đến gần hoặc xa cuộn dây, hoặc di chuyển cuộn dây vào hoặc ra khỏi trường từ.

Nói cách khác, chúng ta có thể nói rằng độ lớn của EMF cảm ứng trong mạch tỷ lệ thuận với tốc độ thay đổi lưu lượng từ.

Công thức Định luật Lenz

Định luật Lenz nêu rằng khi một EMF được tạo ra do sự thay đổi lưu lượng từ theo định luật Faraday, cực tính của EMF cảm ứng là sao cho nó tạo ra một dòng điện cảm ứng có trường từ chống lại trường từ ban đầu đã tạo ra nó.

Dấu âm được sử dụng trong định luật cảm ứng điện từ của Faraday chỉ ra rằng EMF cảm ứng (ε) và sự thay đổi lưu lượng từ (δΦB) có dấu trái dấu. Công thức của định luật Lenz được hiển thị dưới đây:

Trong đó:

• ε = EMF cảm ứng

• δΦB = sự thay đổi lưu lượng từ

• N = Số vòng cuộn dây

Định luật Lenz và Nguyên lý Bảo toàn Năng lượng

Để tuân theo nguyên lý bảo toàn năng lượng, hướng của dòng điện cảm ứng theo định luật Lenz phải tạo ra một trường từ chống lại trường từ đã tạo ra nó. Thực tế, định luật Lenz là hệ quả của nguyên lý bảo toàn năng lượng.

Tại sao vậy? Hãy giả sử điều đó không xảy ra và xem điều gì sẽ xảy ra.

Nếu trường từ được tạo ra bởi dòng điện cảm ứng cùng hướng với trường từ đã tạo ra nó, thì hai trường từ này sẽ kết hợp và tạo ra một trường từ lớn hơn.

Trường từ tổng hợp lớn hơn này sẽ, theo đó, tạo ra một dòng điện khác trong dẫn thể gấp đôi cường độ dòng điện cảm ứng ban đầu.

Và điều này, theo đó, sẽ tạo ra một trường từ khác và tạo ra một dòng điện khác. Và cứ thế.

Vậy nên, nếu định luật Lenz không quy định rằng dòng điện cảm ứng phải tạo ra một trường từ chống lại trường từ đã tạo ra nó – thì chúng ta sẽ kết thúc với một vòng lặp phản hồi tích cực vô tận, vi phạm nguyên lý bảo toàn năng lượng (vì chúng ta đang tạo ra một nguồn năng lượng vô tận).

Định luật Lenz cũng tuân theo định luật thứ ba của Newton về chuyển động (tức là mỗi hành động luôn có một phản ứng ngược lại và bằng nhau).

Nếu dòng điện cảm ứng tạo ra một trường từ bằng và ngược hướng với trường từ đã tạo ra nó, thì chỉ có như vậy nó mới có thể chống lại sự thay đổi của trường từ trong khu vực. Điều này phù hợp với định luật thứ ba của Newton về chuyển động.

Giải thích Định luật Lenz

Để hiểu rõ hơn về định luật Lenz, hãy xem xét hai trường hợp:

Trường hợp 1: Khi một nam châm đang di chuyển đến gần cuộn dây.