Правило на Ленц

Законът на Ленц е общоприет начин да се разбере как електромагнитните вериги се подчиняват на третия закон на Нютон и на запазването на енергията. Законът на Ленц е кръстен на Емил Ленц и гласи:

Индуцираната електродвижеща сила (ЕДН) винаги поражда ток, чието магнитно поле се противопоставя на промяната в първоначалния магнитен поток.

Законът на Ленц е показан с отрицателен знак в закона на Фарадей за индукцията:

E = - ∂ Φ B ∂ t {\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {\partial \Phi _{\mathrm {B} }}{\partial t}}} {\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {\partial \Phi _{\mathrm {B} }}{\partial t}}},

което показва, че индуцираното напрежение (ℰ) и промяната на магнитния поток (∂ΦB) имат противоположни знаци.

Индуцираното напрежение и полученият индуциран ток са в посока, обратна на часовниковата стрелка, когато B е насочен навън от страницата и площта на веригата намалява. Токът през тази верига намалява в посока навън. Сега индуцираният ток I създава собствено магнитно поле и можем да използваме правилото за дясната ръкохватка, за да изчислим посоката на това поле. Резултатът е, че магнитното поле, дължащо се на индуцирания ток, също е насочено навън в рамките на веригата. Сякаш природата се опитва чрез това индуцирано поле да компенсира намаляването на потока, дължащо се на приложеното поле B. Експериментално това се оказва общо правило, така че можем да кажем, че
Посоката на индуцираното напрежение винаги е такава, че води до противопоставяне на промяната, която го предизвиква.
Това е законът на Ленц.

Друг пример за прилагането на закона на Ленц е намотка от проводник, към която внезапно е свързана батерия. Да предположим, че батерията пуска ток, който тече по посока на часовниковата стрелка, погледнато от наблюдателя. Този ток ще породи магнитно поле, чиито линии ще преминат през намотката и ще се върнат извън нея. По този начин, тъй като токът, дължащ се на батерията, се увеличава, през намотката преминава променящ се магнитен поток и това трябва да доведе до индуцирана емоция в намотката. Каква е посоката на този индуциран еквивалент? Законът на Ленц ни подсказва веднага, че тя трябва да е в посока, обратна на часовниковата стрелка, за да се противопостави на нарастването на тока. По подобен начин, когато токът в една верига се прекъсне, индуцираната ел. енергия се стреми да предпази тока от угасване и това обяснява искренето, наблюдавано при бавно отваряне на превключватели. Индуцираната ел. енергия във верига, чийто ток се променя, се нарича обратна ел. енергия, тъй като тя винаги се противопоставя на промяната на тока. Тя възниква от промяната на собственото магнитно поле на тока, ефект, наречен самоиндуктивност.

Ако законът на Ленц не беше верен, увеличаването на тока в намотката би довело до емоции, които биха подпомогнали приложената батерия, като по този начин токът би се увеличил още повече, предизвиквайки още повече емоции и още по-голямо увеличение на тока, до безкрайност. Това би било нестабилна ситуация, в която принципът за запазване на енергията не се спазва.
Подобни разсъждения могат да се разширят и за други ситуации, при които се измества система в равновесие, и се стига до следния принцип.

Когато се наруши равновесието на една система, то се измества в посока, която е насочена към отстраняване на последиците от нарушението.
Това обобщение на закона на Ленц се нарича принцип на Льо Шателие.

Индуктор по закона на ЛенцZoom
Индуктор по закона на Ленц

Въпроси и отговори

В: Какво представлява законът на Ленц?


О: Законът на Ленц гласи, че индуцираната електродвижеща сила (ЕДН) винаги поражда ток, чието магнитно поле се противопоставя на промяната в първоначалния магнитен поток.

В: Как законът на Ленц е показан в закона на Фарадей за индукцията?


О: В закона на Фарадей за индукцията законът на Ленц е показан с отрицателен знак, което означава, че индуцираният ел. ток и промяната в магнитния поток са с противоположни знаци.

В: В каква посока протича индуцираният ток, когато B' е насочен навън от страницата и площта на веригата намалява?


О: Индуцираният ток тече в посока, обратна на часовниковата стрелка, когато B' е насочен навън от страницата и площта на веригата намалява.

В: Какво се опитва да направи природата чрез това индуцирано поле?


О: Природата се опитва да компенсира намаляването на потока, дължащо се на приложеното поле, като създава магнитно поле, насочено навън, в рамките на веригата поради индуцирания ток.

В: Какво се случва, когато батерия внезапно се свърже с намотка от проводник?


О: Когато една батерия се свърже внезапно към намотка от проводник, тя започва да протича ток по посока на часовниковата стрелка, погледнато от наблюдател. Това ще доведе до индуцирана ел. енергия, която ще бъде в посока, обратна на часовниковата стрелка, съгласно закона на Ленц, противопоставяйки се на всяко увеличение на тока, причинено от свързването.


Въпрос: Какъв ефект има самоиндуктивността върху вериги с променящи се токове?


О: Самоиндуктивността води до това, че увеличаването на тока в намотката води до емоция, която се противопоставя на това увеличение, като по този начин предотвратява нестабилни ситуации, при които запазването на енергията би било нарушено.

Въпрос: Кой принцип може да се разшири от закона на Ленц?


О:Законът на Ленц може да бъде разширен в принципа на Льо Шателие, който гласи, че когато равновесието в една система е нарушено, равновесието ще бъде изместено, така че да се отменят всички ефекти, причинени от това нарушение.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3