Ленцов закон

Ленцов закон — законитост пронајдена од германскиот физичар Хајнрих Ленц во 1834 година. Ја определува насоката на електромоторната сила (ЕМС) и електричната струја кои се резултат од електромагнетна индукција, односно дава физичка интерпретација на знакот минус во равенката која го прикажува Фарадеевиот закон за индукција:

${\mathcal {E}}=-{\frac {\partial \Phi }{\partial t}},$

од  која се забележува дека индуцираната електромоторна сила (ℰ) и промената на магнетниот тек (ΔΦ) имаат спротивни знаци.

Ова правило е универзално и важи за сите појави на индуцирање на струја.

Вовед и основни поими

Во секојдневието постојано се среќаваме со најразлични уреди како што се CD-плеер,  DVD-плеер, машина за перење, правосмукалка..., во кои се вградени мотори и често се прашуваме како функционираат тие. Се прашуваме како работат генераторите на електрична струја, како електричната струја се пренесува на далечина, како се пренесуваат телевизиските и радиосигналите. Одговорот на овие и многу други прашања лежи во појавата на електромагнетна индукција, откриена од страна на Мајкл Фарадеј во 1831 година. 

Сè започнало од  едноставното прашање: „Ако на спроводник низ кој тече струја  дејствува магнетно поле и го придвижува, не е ли можно и обратното - со движење на спроводник во магнетно поле, во спроводникот да се создаде електромоторна сила и низ него да протече струја. Фарадеј, а речиси истовремено и Џозеф Хенри покажале дека е тоа можно.

И денес, тоа можеме експериментално да го покажеме. Имено, ако спроводник поврзан со галванометар го движиме помеѓу половите на потковичест магнет, забележуваме дека сè додека постои релативно движење меѓу магнетот и спроводникот, ќе постои и отклон на стрелката на галванометарот, односно низ колото ќе тече струја (Сл. 1). Оваа струја се нарекува индуцирана струја и се јавува  заради создавање на индуцирана електромоторна сила во колото. Оваа појава се нарекува електромагнетна индукција. Индуцираната струја создава магнетно поле кое се нарекува индуцирано магнетно поле.

_{Сл. 1 Протекување на струја при движење на спроводник меѓу полови на потковичест магнет}

Но, индуцирана струја може да се појави и без движење на спроводник во магнетно поле.  Во тоа ќе се увериме со помош на две струјни кола. Првото има извор на електромоторна сила и потенциометар и го нарекуваме примарно коло, а второто има само галванометар и го нарекуваме секундарно коло. Двете кола имаат калеми и заедничко железно јадро. Кога низ калемот L1 тече струја, создава магнетно поле чии магнетни силови линии го пронижуваат калемот L2.  Ако во примарното коло го промениме магнетното поле односно ја промениме магнетната индукција преку вклучување или исклучување на струјата или преку промена на отпорот, во секундарното коло ќе се јави отклон на стрелката од галванометарот, што значи дека во секундарното коло се индуцирала електромоторна сила и низ него ќе протече струја (Сл.2).

_{Сл. 2 Протекување на струја во секундарно коло при промена на магнетна индукција}

Што е заедничко за овие два случаи? Тоа е промената на физичката величина магнетен тек која во  првиот случај настанува со промена на површината на спроводникот која е пронижена со полето, а во вториот со промена на магнетната индукција. Значи, при индуцирање на струја доаѓа до временска промена на магнетниот тек.

ℰ = -ΔΦ/Δt

Оваа формула го изразува Фарадеевиот закон за индукција  кој гласи: Индуцираната електромоторна сила ɛ  е еднаква на брзината на промената на магнетниот тек земена со спротивен знак.

Знакот минус во овој закон се објаснува со Ленцовиот закон

Дефиниција

„

Насоката на индуцираната струја е таква што таа со своето магнетно поле се спротивставува на промената на магнетниот тек кој е причина за нејзино настанување.

“

Ако причина за индуцирање на струјата е релативното движење на спроводник во однос на магнетно поле, тогаш индуцираната струја се спротивставува на тоа движење, а ако причина за индуцирање на струјата е промената на магнетната индукција, магнетното поле на индуцираната струја се спротивставува на таа промена. 

Објаснување

Ленцов закон: Придвижување на алуминиумски прстен со помош на електромагнетна индукција, во изведба на проф. Оливер Зајков. Институт за физика на Природно-математичкиот факултет во Скопје.

Опит кој го прикажува Ленцовото правило со мала направа во облик на вага, на чии краци се наоѓаат два алуминиумски прстена кои лесно се движат во хоризонтална рамнина. Едниот е затворен, а другиот е подотворен. Кога до прстенот ќе се доближи прачкест магнет, прстенот се одбива од него. Меѓутоа, кога системот ќе се смири, магнетната прачка се вади од прстенот, тој се доближува до магнетот. Во првиот случај, индуцираната струја создадена во прстенот се спротивставува на растењето на текот, кое е условено со доближувањето на магнетот, додека при вадењето на магнетот доаѓа до намалување на магнетниот тек, поради што се индуцира таква струја чие магнетно поле се спровтиставува на намалувањето на текот. Ако опитот се повтори така што магнетната прачка се внесува или вади од другиот (пресечениот) простен, појавата ќе ја нема. Таму индуцираните струи не можат да се затворат во прстенот, па тие создаваат многу слабо поле кое не може да се спротивстави на промената на магнетиот тек. Извел: проф. Оливер Зајков. Институт за физика на Природно-математичкиот факултет во Скопје.

Според Ленцовиот закон во струен круг во кој со промена на магнетниот тек се индуцира елктромоторна сила, таа индуцирана електромоторна сила создава струја која тече во насока која се спротивставува на промената на текот.

Ако ΔΦ = Φ₂ – Φ₁ е негативно, значи Φ₁ › Φ₂ , текот опаѓа и индуцираната електромоторна сила се спротивставува на опаѓањето на текот, односно индуцираната струја ќе тече во насока која се спротивставува на понатамошното опаѓање на магнетниот тек и обратно. Ако ΔΦ = Φ₂ – Φ₁ е позитивно, значи Φ₂ › Φ₁, текот расте, тогаш индуцираната електромоторна сила се спротивставува на растењето на текот, односно индуцираната струја ќе тече во насока која се спротивставува на понатамошното растење на текот.

Значајно е да се истакне дека индуцираната струја секогаш ќе тече во насока која се спротивставува на промената на магнетниот тек, а не се спротивставува на самиот магнетен тек.

Извори

• Јоноска М., Ристова-Васева М., Зајков О., Јакимовски Д. Физика: (Просветно дело АД, Скопје 2009, II издание ). Електромагнетна Индукција, Ленцово правило за индуцирана струја, стр. 117-120; 123

Надворешни врски

• Eddy Currents and Lenz's Law Архивирано на 7 февруари 2009 г. (audio slideshow from the National High Magnetic Field Laboratory)
• MIT A brief video demonstrating Lenz's law
• A dramatic demonstration of the effect на YouTube with an aluminum block in an MRI
• Eddy currents produced by magnet and copper pipe. Архивирано на 4 март 2016 г.
• https://www.youtube.com/watch?v=DCOKK87i9yM