Co to jest prawo Lenza?
prawo indukcji elektromagnetycznej Lenza stwierdza, że kierunek prądu indukowanego w przewodniku przez zmieniające się pole magnetyczne (zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya) jest taki, że pole magnetyczne utworzone przez indukowany prąd sprzeciwia się początkowemu zmieniającemu się polowi magnetycznemu, które go wytworzyło. Kierunek tego przepływu prądu jest określony przez regułę prawej ręki Fleminga.
na początku może to być trudne do zrozumienia – przyjrzyjmy się więc przykładowemu problemowi., Pamiętaj, że kiedy prąd indukowany jest przez pole magnetyczne, pole magnetyczne jakie ten prąd indukowany wytwarza wytworzy swoje własne pole magnetyczne. Pole to zawsze będzie takie, że przeciwstawi się polowi magnetycznemu które je oryginalnie stworzyło. W przykĹ ' adzie poniĺľszym, jeĹ „li pole magnetyczne” B „zwiÄ ™ kszy siÄ ™ – tak jak pokazano w (1) – indukowane pole magnetyczne bÄ ™ dzie dziaĹ' aĹ ' o w opozycji do niego.,
gdy pole magnetyczne „B” maleje – jak pokazano w (2) – indukowane pole magnetyczne ponownie będzie działać w opozycji do niego. Ale tym razem „w opozycji” oznacza, że działa na rzecz zwiększenia pola – ponieważ sprzeciwia się spadkowi tempa zmian.
prawo Lenza opiera się na prawie indukcji Faradaya. Prawo Faradaya mówi nam, że zmieniające się pole magnetyczne wywoła prąd w przewodniku., Prawo lenzsa mówi nam o kierunku tego indukowanego prądu, który sprzeciwia się początkowemu zmieniającemu się polowi magnetycznemu, które go wytwarzało. Jest to oznaczane we wzorze prawa Faradaya znakiem ujemnym („–”).
Ta zmiana pola magnetycznego może być spowodowana zmianą natężenia pola magnetycznego przez przesunięcie magnesu w kierunku lub z dala od cewki, lub przesunięcie cewki w lub z pola magnetycznego., Innymi słowy, możemy powiedzieć, że wielkość pola elektromagnetycznego indukowanego w obwodzie jest proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia.,
wzór prawa Lenza
prawo Lenza stanowi, że gdy EMF jest generowany przez zmianę strumienia magnetycznego zgodnie z prawo Faradaya, polarność indukowanego pola elektromagnetycznego jest taka, że wytwarza ono prąd indukowany którego pole magnetyczne przeciwstawia się początkowemu zmieniającemu się polu magnetycznemu które je wytwarzało
ujemny znak użyty w prawie indukcji elektromagnetycznej Faradaya wskazuje, że indukowane pole elektromagnetyczne (ε) i zmiana strumienia magnetycznego (δφb) mają przeciwstawne znaki., Wzór na prawo Lenza jest pokazany poniżej:
gdzie:
- ε = indukowane emf
- δΦB = zmiana strumienia magnetycznego
- n = liczba zwojów w cewce
prawo Lenza i zachowanie energii
aby zachować zachowanie energii, kierunek prądu indukowanego przez prawo Lenza musi wytworzyć pole magnetyczne, które sprzeciwia się polowi magnetycznemu, które je stworzyło. W rzeczywistości prawo Lenza jest konsekwencją prawa zachowania energii.,
Dlaczego pytasz? Udawajmy, że tak nie było i zobaczymy, co się stanie.
gdyby pole magnetyczne wytworzone przez prąd indukowany było w tym samym kierunku co pole które go wytwarzało, wówczas owe dwa pola magnetyczne połączyłyby się i utworzyłyby większe pole magnetyczne. To połączone większe pole magnetyczne z kolei indukuje inny prąd w przewodzie dwukrotnie większy od pierwotnego prądu indukowanego.
a to z kolei wytworzyłoby kolejne pole magnetyczne, które indukowałoby kolejny prąd. I tak dalej., Widzimy więc, że gdyby prawo Lenza nie nakazywało, że prąd indukowany musi tworzyć pole magnetyczne, które sprzeciwia się polowi, które go stworzyło – wtedy skończylibyśmy z nieskończoną pętlą dodatniego sprzężenia zwrotnego, łamiąc zachowanie energii (ponieważ faktycznie tworzymy niekończące się źródło energii).
prawo Lenza jest również zgodne z trzecim prawem ruchu Newtona (tzn. dla każdego działania zawsze zachodzi reakcja równa i przeciwna)., JeĹ ” li prÄ … d indukowany wytwarza pole magnetyczne răłwne i przeciwne do kierunku pola magnetycznego jakie je wytwarza, wĂłwczas tylko on moĹĽe siÄ ™ oprzeÄ ‡ zmianie pola magnetycznego w tym obszarze. Jest to zgodne z trzecim prawem ruchu Newtona.
prawo Lenza wyjaśnione
aby lepiej zrozumieć prawo Lenza, rozważmy dwa przypadki:
Przypadek 1: gdy magnes porusza się w kierunku cewki.,
gdy biegun północny magnesu zbliża się do cewki, strumień magnetyczny łączący się z cewką wzrasta. Zgodnie z Prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, gdy następuje zmiana strumienia, w cewce indukuje się EMF, a co za tym idzie prąd i prąd ten wytworzy własne pole magnetyczne.,
zgodnie z prawem Lenza, to pole magnetyczne będzie przeciwstawiać się własnemu lub możemy powiedzieć przeciw wzrostowi strumienia przez cewkę i jest to możliwe tylko wtedy, gdy zbliżająca się strona cewki osiągnie polaryzację Północną, ponieważ wiemy, że podobne bieguny odpychają się nawzajem. Gdy poznamy polaryzację magnetyczną strony cewki, możemy łatwo określić kierunek indukowanego prądu, stosując regułę prawej ręki. W tym przypadku prąd płynie w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.,
Przypadek 2: gdy magnes oddala się od cewki
gdy biegun północny magnesu oddala się od cewki, strumień magnetyczny łączący do cewki maleje. Zgodnie z Prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya, w cewce indukowany jest EMF, a tym samym prąd, który wytworzy własne pole magnetyczne.,
teraz, zgodnie z prawem Lenza, to pole magnetyczne stworzone będzie przeciwstawiać się swemu własnemu lub możemy powiedzieć przeciwstawnemu spadkowi strumienia przez cewkę i jest to możliwe tylko wtedy, gdy zbliżająca się strona cewki osiągnie polaryzację Południową, ponieważ wiemy, że różne bieguny przyciągają się nawzajem. Gdy poznamy polaryzację magnetyczną strony cewki, możemy łatwo określić kierunek indukowanego prądu, stosując regułę prawej ręki. W tym przypadku prąd płynie w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara.
zauważ, że aby znaleźć kierunki pola magnetycznego lub prądu, użyj reguły kciuka prawej ręki i.,e jeśli palce prawej ręki są umieszczone wokół drutu tak, że kciuk wskazuje kierunek przepływu prądu, to zwijanie palców pokaże kierunek pola magnetycznego wytwarzanego przez drut.,aw można określić następująco:
- Jeśli strumień magnetyczny cewki wzrasta, to kierunek prądu w cewce będzie taki, że będzie przeciwstawiał się wzrostowi strumienia i stąd indukowany prąd wytworzy swój strumień w kierunku pokazanym poniżej (przy użyciu reguły kciuka prawej ręki)
- jeśli strumień magnetyczny cewki maleje, to strumień wytwarzany przez prąd w cewce jest taki, że wspomaga Strumień główny i stąd kierunek prądu jest jak pokazano poniżej.,
zastosowania prawa Lenza
zastosowania prawa Lenza obejmują:
- prawo Lenza może być używane aby zrozumieć pojęcie magazynowanej energii magnetycznej w induktorze. Gdy źródło emf jest podłączone przez induktor, prąd zaczyna płynąć przez niego. Tylne pole elektromagnetyczne przeciwstawia się temu wzrostowi prądu przez induktor. Aby ustalić przepływ prądu, zewnętrzne źródło pola elektromagnetycznego musi wykonać pewną pracę, aby przezwyciężyć tę opozycję., Ta praca może być wykonana przez emf jest przechowywany w induktorze i może być odzyskany po usunięciu zewnętrznego źródła emf z obwodu
- prawo to wskazuje, że indukowane emf i zmiana strumienia mają przeciwne znaki, które zapewniają fizyczną interpretację wyboru znaku w prawo indukcji Faradaya.
- prawo Lenza stosuje się również do generatorów elektrycznych., Gdy prąd jest indukowany w generatorze, kierunek tego indukowanego prądu jest taki, że sprzeciwia się i powoduje obrót generatora (zgodnie z prawem Lenza), a zatem generator wymaga więcej energii mechanicznej. Zapewnia również pole elektromagnetyczne w przypadku silników elektrycznych.
- prawo Lenza jest również stosowane w hamowaniu elektromagnetycznym i indukcyjnym.,
Stan prawo Lenza
prawo Lenza stwierdza, że kierunek prądu indukowanego w przewodniku przez zmieniające się pole magnetyczne jest taki, że pole magnetyczne wytworzone przez prąd indukowany sprzeciwia się początkowemu zmieniającemu się polowi magnetycznemu, które go wytworzyło.
prawo Lenza zostało nazwane na cześć niemieckiego naukowca H. F. E. Lenza w 1834 roku. Prawo Lenza jest zgodne z trzecim prawem ruchu Newtona (i.,e do każdego działania zawsze zachodzi reakcja równa i przeciwna) i zachowanie energii (tzn. energia nie może być ani wytworzona, ani zniszczona, a zatem suma wszystkich energii w układzie jest stała).
Dodaj komentarz