Definicja i wyjaśnienie reguły Lenza

Reguła Lenza pozwala określić kierunek prądu indukcyjnego w obwodzie. Mówi: „kierunek prądu indukcyjnego jest zawsze taki, że jego działanie osłabia działanie przyczyny wywołującej ten prąd indukcyjny”.

Jeśli trajektoria poruszającej się naładowanej cząstki zmieni się w jakikolwiek sposób w wyniku oddziaływania cząstki z polem magnetycznym, wówczas zmiany te prowadzą do pojawienia się nowego pola magnetycznego, dokładnie przeciwnego do pola magnetycznego, które spowodowało te zmiany.

Na przykład, jeśli weźmiesz mały miedziany pierścień zawieszony na nitce i spróbujesz wbić go z wystarczająco silnym biegunem północnym magnes, gdy magnes zbliży się do pierścienia, pierścień zacznie go odpychać.

Wygląda na to, że pierścień zaczyna zachowywać się jak magnes, zwrócony tym samym biegunem (w tym przykładzie biegunem północnym) do włożonego w niego magnesu i tym samym próbuje osłabić tzw. magnes.

A jeśli zatrzymasz magnes w pierścieniu i zaczniesz odpychać od pierścienia, to wręcz przeciwnie, pierścień będzie podążał za magnesem, jakby objawiał się jako ten sam magnes, ale teraz - zwrócony w stronę przeciwnego bieguna do przyciągania - magnes wyjściowy (przesuwamy biegun północny magnesu - przyciągany jest biegun południowy utworzony na pierścieniu), tym razem próbując wzmocnić pole magnetyczne osłabione na skutek rozszerzania się magnesu.

Jeśli zrobisz to samo z otwartym pierścieniem, wówczas pierścień nie zareaguje na magnes, chociaż zostanie w nim zaindukowany EMF, ale ponieważ pierścień nie jest zamknięty, nie będzie indukowanego prądu, a zatem jego kierunek nie potrzebuje do ustalenia.

Co tak naprawdę się tutaj dzieje? Wpychając magnes do pełnego pierścienia, zwiększamy strumień magnetyczny przenikający przez zamkniętą pętlę, a zatem (z zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej FaradayaEMF generowane w pierścieniu jest proporcjonalne do szybkości zmian strumienia magnetycznego) EMF jest generowane w pierścieniu.

I wypychając magnes z pierścienia, zmieniamy również strumień magnetyczny przez pierścień, tylko teraz go nie zwiększamy, ale zmniejszamy, a wynikowa SEM znów będzie proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego, ale skierowany w przeciwnym kierunku. Ponieważ obwód jest zamkniętym pierścieniem, pole elektromagnetyczne oczywiście generuje prąd zamknięty w pierścieniu. A prąd tworzy wokół siebie pole magnetyczne.

Kierunek linii indukcyjnych pola magnetycznego generowanego w pierścieniu prądowym można określić regułą świdra i zostaną one skierowane dokładnie w taki sposób, aby uniemożliwić zachowanie się linii indukcyjnych wprowadzonego magnesu: linie zewnętrzne źródło wchodzi do pierścienia i odpowiednio z pierścienia linie zewnętrznego źródła opuszczają pierścień odpowiednio w pierścieniu idą.

Reguła Lenza w transformatorze

Przypomnijmy sobie teraz, jak zgodnie z regułą Lenza jest ładowany transformator sieciowy… Załóżmy, że prąd w uzwojeniu pierwotnym transformatora wzrasta, a zatem pole magnetyczne w rdzeniu wzrasta. Strumień magnetyczny przenikający przez uzwojenie wtórne transformatora wzrasta.

Ponieważ uzwojenie wtórne transformatora jest zamknięte przez obciążenie, wytworzona w nim siła elektromotoryczna wygeneruje indukowany prąd, który wytworzy własne pole magnetyczne na uzwojeniu wtórnym. Kierunek tego pola magnetycznego będzie taki, że osłabi pole magnetyczne uzwojenia pierwotnego, co oznacza, że ​​prąd w uzwojeniu pierwotnym wzrośnie (gdyż wzrost obciążenia uzwojenia wtórnego jest równoznaczny ze spadkiem indukcyjności uzwojenia pierwotnego transformatora, co oznacza zmniejszenie impedancji transformatora sieciowego). A sieć zacznie wykonywać pracę w uzwojeniu pierwotnym transformatora, której wartość będzie zależała od obciążenia w uzwojeniu wtórnym.