חוק לנץ מוסבר

חוק לנץ, הקרוי על שם הפיזיקאי הרוסי היינריך לנץ (1804-1865), הוא עקרון בסיסי באלקטרומגנטיות. הוא קובע שהכיוון של המתח החשמלי המושרה בתיל מוליכת סגור תמיד מתנגד לשינוי בשטף המגנטי שגרם לו. זה אומר שהזרם המושרה יוצר שדה מגנטי המתנגד לשינוי הראשוני בשטף המגנטי, בהתאם לעקרונות שימור האנרגיה.

הבנה את חוק לנץ מאפשר לנו להעריך את המדע מאחורי מספר יישומים יומיומיים, כגון גנרטורים חשמליים, מנועים, אינדוקטורים וטרנספורמרים. על ידי חקירה מעמיקה בעקרונות חוק לנץ, אנו משיגים הבנה לתוך פעולת העולם האלקטרומגנטי הסובב אותנו.

חוק לנץ, הקרוי על שם הפיזיקאי הרוסי היינריך לנץ (1804-1865), הוא עקרון בסיסי הנושא על עצמו את האלקטרומגנטיות המושרת. הוא קובע שהמתח החשמלי המושרה בתיל מוליכת סגור תמיד מתנגד לשינוי בשטף המגנטי שגרם לו. במילים פשוטות יותר, כיוון הזרם המושרה יוצר שדה מגנטי המתנגד לשינוי הראשוני בשטף המגנטי.

חוק לנץ הוא עקרון בסיסי באלקטרומגנטיות הקובע שהכיוון של המתח החשמלי המושרה במעגל תמיד כזה שהוא מתנגד לשינוי שהביא אליו. מתמטית, חוק לנץ יכול לבוא לידי ביטוי כך:

EMF = -dΦ/dt

כאשר EMF הוא המתח החשמלי המושרה, Φ הוא השטף המגנטי, ו-dt הוא השינוי בזמן. הסימן השלילי בנוסחה מצביע על כך שהמתח החשמלי המושרה הוא בכיוון מנוגד לשינוי בשטף.

חוק לנץ קשור באופן הדוק לחוק פראדיי של האלקטרומגנטיות המושרת, שקובע כי שדה מגנטי משתנה מושרה מתח חשמלי במעגל. חוק פראדיי יכול לבוא לידי ביטוי מתמטי כך:

EMF = -dΦ/dt

כאשר EMF הוא המתח החשמלי המושרה, Φ הוא השטף המגנטי, ו-dt הוא השינוי בזמן.

חוק אמפר והחוק של ביוט-סבאר גם קשורים לחוק לנץ, שכן הם מתארים את התנהגות השדות החשמליים והמגנטיים בהינתן זרמים ומטענים. חוק אמפר קובע ששדה המגנטי סביב תיל נושא זרם פרופורציונלי לזרם ולמרחק מהתיל. החוק של ביוט-סבאר מתאר את השדה המגנטי שנוצר על ידי תיל נושא זרם או קבוצת תילים.

יחד, החוקים הללו מספקים תיאור מלא להתנהגות השדות החשמליים והמגנטיים במצבי פעולה שונים. כתוצאה מכך, הם חיוניים להבנת פעולת מנועים חשמליים, גנרטורים, טרנספורמרים ומכשירים אחרים.

כדי להבין זאת טוב יותר, נחשוב על תרחיש שבו מגנט מברזל נע לקראת סליל של תיל. כאשר המגנט מתקרב לסליל, קווי השדה המגנטיים העוברים דרך הסליל גדלים. לפי חוק לנץ, הקוטביות של המתח החשמלי המושרה בסליל היא כזו שהיא מתנגדת לעלייה בשטף המגנטי. התנגדות זו יוצרת שדה מושרה שממתין לתנועת המגנט, בסופו של דבר מאטה אותו. באופן דומה, כאשר המגנט מoved away from the coil, the induced emf will oppose the decrease in magnetic flux, creating an induced field that will try to keep the magnet in place.

השדה המושרה המתנגד לשינוי בשטף המגנטי עוקב אחר כלל היד ימין. אם נחזיק את יד ימין סביב הסליל כך שהאצבעות מצביעות בכיוון קווי השדה המגנטיים, האגודל יציע בכיוון הזרם המושרה. כיוון הזרם המושרה הוא כזה שיוצר שדה מגנטי המתנגד לשינוי בשטף המגנטי.

הקטבים של המגנט משחקים תפקיד קריטי בחוק לנץ. כאשר הקוטב הצפוני של המגנט מתקרב לסליל, הזרם המושרה יוצר שדה מגנטי המתנגד להתקרבות הקוטב הצפוני. באופן דומה, כאשר הקוטב הדרומי של המגנט מתקרב לסליל, הזרם המושרה יוצר שדה מגנטי המתנגד להתקרבות הקוטב הדרומי. כיוון הזרם המושרה עוקב אחר כלל היד ימין, כפי שדיברנו קודם לכן.

הוא קשור לחוק פראדיי של האלקטרומגנטיות המושרת, שמסביר איך שדה מגנטי משתנה יכול להפעיל מתח חשמלי במנוע. חוק פראדיי מתאר מתמטית את הקשר בין המתח החשמלי המושרה לשיעור השינוי בשטף המגנטי. הוא עוקב אחרי חוק פראדיי, שכן הוא מכתיב את כיוון המתח החשמלי המושרה בתגובה לשינוי בשטף המגנטי.

הוא גם קשור לפנומנון של זרמים צדדיים. זרמים צדדיים הם לולאות של זרם חשמלי מושרות בתוך מוליכים על ידי שדה מגנטי משתנה. זרימת הזרמים המעגלית הזו מייצרת שדה מגנטי משלו, שממתין לשדה המגנטי הראשוני שהביא אותם. השפעה זו עומדת במקביל לחוק לנץ ויש לה יישומים מעשיים, כגון במערכות בלימה של רכבות ובצלחות בישול מודבקות.

יש לו יישומים מעשיים רבים בחיי היומיום שלנו. למשל, הוא משחק תפקיד חשוב בעיצוב ופונקציה של גנרטורים חשמליים, הממירים אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית. בגנרטור, סליל מסתובב חווה שדה מגנטי משתנה, המוביל לייצור מתח חשמלי. כיוון המתח החשמלי המושרה נקבע על פי חוק לנץ, שמבטיח שהמערכת שומרת על אנרגיה. באופן דומה, מנועים חשמליים פועלים בהתאם לחוק לנץ. במנוע חשמלי, האינטראקציה בין השדות המגנטיים למתח החשמלי המושרה יוצרת מומנט שמאיץ את המנוע.

זהו מושג חיוני בעיצוב אינדוקטורים וטרנספורמרים. אינדוקטורים הם רכיבים אלקטרוניים המשמרים אנרגיה בשדה המגנטי שלהם כאשר זרם עובר דרכם. הם מתנגדים לכל שינוי בזרם, בהתאם לעקרונות חוק לנץ. טרנספורמרים, המשמשים להעברת אנרגיה חשמלית בין מעגלים, משתמשים בפנומנון האלקטרומגנטיות המושרת. על ידי הבנתו, מהנדסים יכולים לתכנן טרנספורמרים.

הצהרה: יש לכבד את המקור, מאמרים טובים ראוים לחלוקה, במידה ויש הפרה אנא צור קשר למחיקה.