กฎของเลนซ์อธิบาย

กฎของเลนซ์ ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียไฮน์ริช เลนซ์ (1804-1865) เป็นหลักการพื้นฐานในแม่เหล็กไฟฟ้า กล่าวว่าทิศทางของแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ (emf) ในวงจรป้อนกลับที่ปิดจะต้านทานการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดขึ้น นั่นหมายความว่ากระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำสร้างสนามแม่เหล็กที่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กเริ่มต้น โดยปฏิบัติตามหลักการของการอนุรักษ์พลังงาน

การทำความเข้าใจกฎของเลนซ์ช่วยให้เราเห็นคุณค่าของวิทยาศาสตร์เบื้องหลังการใช้งานประจำวันมากมาย เช่น เครื่องกำเนิดไฟฟ้า มอเตอร์ อินดักเตอร์ และทรานส์ฟอร์เมอร์ ด้วยการสำรวจหลักการของกฎของเลนซ์ เราจะได้รับความรู้เกี่ยวกับการทำงานภายในของโลกแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่รอบตัวเรา

กฎของเลนซ์ ตั้งชื่อตามนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียไฮน์ริช เลนซ์ (1804-1865) เป็นหลักการพื้นฐานที่ควบคุมการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า กล่าวว่าแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ (emf) ในวงจรป้อนกลับที่ปิดจะต้านทานการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กที่ทำให้เกิดขึ้น หรือพูดอีกอย่างหนึ่ง ทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำสร้างสนามแม่เหล็กที่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กเริ่มต้น

กฎของเลนซ์เป็นกฎหมายพื้นฐานของแม่เหล็กไฟฟ้าที่ระบุว่าทิศทางของแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ (EMF) ในวงจรจะต้านทานการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดขึ้น ทางคณิตศาสตร์ กฎของเลนซ์สามารถแสดงเป็น:

EMF = -dΦ/dt

ที่ EMF คือแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ Φ คือฟลักซ์แม่เหล็ก และ dt คือการเปลี่ยนแปลงเวลา เครื่องหมายลบในสมการระบุว่าแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำอยู่ในทิศทางตรงข้ามกับการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์

กฎของเลนซ์มีความเกี่ยวข้องใกล้ชิดกับกฎของฟาราเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งระบุว่าสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าในวงจร กฎของฟาราเดย์สามารถแสดงเป็นคณิตศาสตร์ได้ว่า:

EMF = -dΦ/dt

ที่ EMF คือแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ Φ คือฟลักซ์แม่เหล็ก และ dt คือการเปลี่ยนแปลงเวลา

กฎของแอมแปร์และกฎของบิโอต์-ซาวาร์ตยังมีความเกี่ยวข้องกับกฎของเลนซ์ เนื่องจากพวกเขาอธิบายพฤติกรรมของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในสถานะที่มีกระแสไฟฟ้าและประจุไฟฟ้า กฎของแอมแปร์ระบุว่าสนามแม่เหล็กรอบสายไฟที่มีกระแสผ่านจะเป็นสัดส่วนกับกระแสและความห่างจากสายไฟ กฎของบิโอต์-ซาวาร์ตอธิบายสนามแม่เหล็กที่สร้างโดยสายไฟที่มีกระแสผ่านหรือกลุ่มสายไฟ

ร่วมกันแล้ว กฎหมายเหล่านี้ให้คำอธิบายที่ครบถ้วนเกี่ยวกับพฤติกรรมของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กในสถานการณ์ต่างๆ ดังนั้น พวกเขามีความสำคัญในการทำความเข้าใจการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทรานส์ฟอร์เมอร์ และอุปกรณ์อื่นๆ

เพื่อทำความเข้าใจมากขึ้น ลองพิจารณาสถานการณ์ที่มีแม่เหล็กแท่งเคลื่อนที่เข้าหาวงจรป้อนกลับ เมื่อแม่เหล็กเคลื่อนที่เข้าใกล้วงจรป้อนกลับ สนามแม่เหล็กที่ผ่านวงจรป้อนกลับจะเพิ่มขึ้น ตามกฎของเลนซ์ โพลาไรซ์ของแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำในวงจรป้อนกลับจะต้านทานการเพิ่มขึ้นของฟลักซ์แม่เหล็ก การต้านทานนี้สร้างสนามแม่เหล็กที่ต้านทานการเคลื่อนที่ของแม่เหล็ก สุดท้ายจะทำให้แม่เหล็กชะลอตัวลง คล้ายกัน เมื่อแม่เหล็กถูกย้ายออกจากวงจรป้อนกลับ แรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำจะต้านทานการลดลงของฟลักซ์แม่เหล็ก สร้างสนามแม่เหล็กที่พยายามรักษาตำแหน่งของแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กที่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กปฏิบัติตามกฎของมือขวา หากเราจับมือขวาของเรารอบวงจรป้อนกลับโดยให้นิ้วชี้ไปในทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก นิ้วโป้งจะชี้ไปในทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ ทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำสร้างสนามแม่เหล็กที่ต้านทานการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก

ขั้วของแม่เหล็กยังมีบทบาทสำคัญในกฎของเลนซ์ เมื่อขั้วเหนือของแม่เหล็กเคลื่อนที่เข้าหาวงจรป้อนกลับ กระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำสร้างสนามแม่เหล็กที่ต้านทานการเข้ามาของขั้วเหนือ ตรงกันข้าม เมื่อขั้วใต้ของแม่เหล็กเคลื่อนที่เข้าหาวงจรป้อนกลับ กระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำสร้างสนามแม่เหล็กที่ต้านทานการเข้ามาของขั้วใต้ ทิศทางของกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำปฏิบัติตามกฎของมือขวา ตามที่เราได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้

มันเกี่ยวข้องกับกฎของฟาราเดย์เกี่ยวกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งอธิบายว่าสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงสามารถเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าในตัวนำ กฎของฟาราเดย์อธิบายทางคณิตศาสตร์ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำและการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก มันปฏิบัติตามกฎของฟาราเดย์ เนื่องจากควบคุมทิศทางของแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็ก

มันยังเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ของกระแสไหลวน กระแสไหลวนเป็นวงจรป้อนกลับของกระแสไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำภายในตัวนำโดยสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง การไหลเวียนของกระแสเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กของตนเอง ซึ่งต้านทานสนามแม่เหล็กเริ่มต้นที่สร้างมัน ผลลัพธ์นี้สอดคล้องกับกฎของเลนซ์และมีการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ เช่น ในระบบเบรกของรถไฟและเตาอบอินดักชัน

มันมีการประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันของเราอย่างกว้างขวาง ตัวอย่างเช่น มันมีบทบาทสำคัญในการออกแบบและการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้า ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า วงจรป้อนกลับที่หมุนจะประสบกับสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง นำไปสู่การสร้างแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำ ทิศทางของแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำนี้กำหนดโดยกฎของเลนซ์ ซึ่งรับประกันว่าระบบจะอนุรักษ์พลังงาน คล้ายกัน มอเตอร์ไฟฟ้าทำงานตามกฎของเลนซ์ ในมอเตอร์ไฟฟ้า การปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและแรงดันไฟฟ้าที่ถูกเหนี่ยวนำสร้างแรงบิดที่ขับเคลื่อนมอเตอร์

มันเป็นแนวคิดที่สำคัญในการออกแบบอินดักเตอร์และทรานส์ฟอร์เมอร์ อินดักเตอร์เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่เก็บพลังงานในสนามแม่เหล็กเมื่อมีกระแสผ่าน พวกเขาต้านทานการเปลี่ยนแปลงของกระแส ตามหลักการของกฎของเลนซ์ ทรานส์ฟอร์เมอร์ ซึ่งใช้ในการโอนพลังงานไฟฟ้าระหว่างวงจร ใช้ปรากฏการณ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยการทำความเข้าใจกฎของเลนซ์ วิศวกรสามารถออกแบบทรานส์ฟอร์เมอร์

คำชี้แจง: ขอขอบคุณบทความดีๆ ที่น่าแชร์ หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ