Zákon Lenza vysvětlen

Lenzův zákon, pojmenovaný po ruském fyzikovi Heinrichu Lenzovi (1804-1865), je základním principem v elektromagnetismu. Říká, že směr indukované elektromotorické síly (EMF) v uzavřeném vodičovém obvodu vždy odpovídá změně magnetického toku, která ji způsobila. To znamená, že indukovaný proud vytváří magnetické pole, které odporuje původní změně magnetického toku, což je v souladu s principy zachování energie.

Porozumění Lenzova zákona nám umožňuje ocenit vědu za mnoha každodenními aplikacemi, jako jsou elektrické generátory, motory, cívky a transformátory. Ponořením se do principů Lenzova zákona získáváme přehled o fungování elektromagnetického světa, který nás obklopuje.

Lenzův zákon, pojmenovaný po ruském fyzikovi Heinrichu Lenzovi (1804-1865), je základním principem, který řídí elektromagnetickou indukci. Říká, že indukovaná elektromotorická síla (EMF) v uzavřeném vodičovém obvodu vždy odpovídá změně magnetického toku, která ji způsobila. Jinak řečeno, směr indukovaného proudu vytváří magnetické pole, které odporuje původní změně magnetického toku.

Lenzův zákon je základním zákonem elektromagnetismu, který říká, že směr indukované elektromotorické síly (EMF) v obvodu je vždy takový, že odporuje změně, která ji způsobila. Matematicky lze Lenzův zákon vyjádřit jako:

EMF = -dΦ/dt

Kde EMF je elektromotorická síla, Φ je magnetický tok a dt je změna času. Záporné znaménko v rovnici naznačuje, že indukovaná EMF má opačný směr než změna toku.

Lenzův zákon je těsně spojen s Faradayho zákonem elektromagnetické indukce, který říká, že se měnící magnetické pole indukuje EMF v obvodu. Faradayho zákon lze matematicky vyjádřit jako:

EMF = -dΦ/dt

kde EMF je elektromotorická síla, Φ je magnetický tok a dt je změna času.

Ampérovy zákon a Biot-Savartův zákon jsou také spojeny s Lenzovým zákonem, protože popisují chování elektrických a magnetických polí v přítomnosti proudů a nábojů. Ampérovy zákon říká, že magnetické pole kolem drátu, kterým protéká proud, je úměrné proudu a vzdálenosti od drátu. Biot-Savartův zákon popisuje magnetické pole vygenerované proudem procházejícím drátem nebo skupinou drátů.

Společně tyto zákony poskytují kompletní popis chování elektrických a magnetických polí v různých situacích. Jako takové jsou klíčové pro porozumění funkcionálu elektrických motorů, generátorů, transformátorů a dalších zařízení.

Pro lepší porozumění uvažte scénář, kdy bar magnet se pohybuje k cívi drátu. Když se magnet blíží k cívce, magnetické pole procházející cívicí se zvětší. Podle Lenzova zákona je polarita indukované EMF v cívce taková, že odporuje zvětšení magnetického toku. Tento odpor vytváří indukované pole, které odporuje pohybu magnetu, což ho nakonec zpomalí. Podobně, když se magnet od cívky vzdaluje, indukovaná EMF bude odporovat snížení magnetického toku, což vytvoří indukované pole, které se pokusí magnet udržet na místě.

Indukované pole, které odporuje změně magnetického toku, následuje pravidlo pravé ruky. Pokud držíme naši pravou ruku kolem cívky tak, že naše prsty ukazují ve směru magnetických poleových linií, palec bude ukazovat ve směru indukovaného proudu. Směr indukovaného proudu je takový, že vytváří magnetické pole, které odporuje změně magnetického toku.

Pól magnetu hraje klíčovou roli v Lenzově zákonu. Když se severní pól magnetu blíží k cívce, indukovaný proud vytváří magnetické pole, které odporuje přiblížení severního pólu. Naopak, když se jižní pól magnetu blíží k cívce, indukovaný proud vytváří magnetické pole, které odporuje přiblížení jižního pólu. Směr indukovaného proudu následuje pravidlo pravé ruky, jak jsme dříve diskutovali.

Je spojen s Faradayho zákonem elektromagnetické indukce, který vysvětluje, jak se měnící magnetické pole může indukovat EMF v vodiči. Faradayho zákon matematicky popisuje vztah mezi indukovanou EMF a rychlostí změny magnetického toku. Následuje Faradayho zákon, protože řídí směr indukované EMF v reakci na změnu magnetického toku.

Je také spojeno s jevem vířivých proudů. Vířivé proudy jsou smyčky elektrického proudu indukované v vodičích měnícím se magnetickým polem. Okrouhlový tok těchto proudů generuje jejich magnetické pole, které odporuje původnímu magnetickému poli, které je vytvořilo. Tento efekt je v souladu s Lenzovým zákonem a má praktické aplikace, jako jsou brzdicí systémy vlaků a indukční kuchynské pánve.

Má mnoho praktických aplikací v našem každodenním životě. Například hraje klíčovou roli v návrhu a funkci elektrických generátorů, které převádí mechanickou energii na elektrickou. V generátoru se rotující cívka nachází v měnícím se magnetickém poli, což vede k generování EMF. Směr této indukované EMF je určen Lenzovým zákonem, který zajišťuje, že systém zachovává energii. Podobně fungují elektrické motory na základě Lenzova zákona. V elektrickém motoru interakce mezi magnetickými poli a indukovanou EMF vytváří moment, který pohání motor.

Je to klíčový koncept v návrhu civek a transformátorů. Cívky jsou elektronické komponenty, které ukládají energii v jejich magnetickém poli, když jimi protéká proud. Odpírají jakoukoli změnu proudu, což je v souladu s principy Lenzova zákona. Transformátory, které se používají k přenosu elektrické energie mezi obvody, využívají jev elektromagnetické indukce. Po porozumění tomuto zákonu mohou inženýři navrhovat transformátory.

Prohlášení: Respektujte původ, dobre články stojí za sdílení, jestliže dojde k porušení autorských práv, prosím, kontaktujte nás pro jejich odstranění.