Định luật Lenz là gì?

Định luật Lenz là gì?

Định luật cảm ứng điện từ của Lenz phát biểu rằng hướng của dòng điện gây ra trong một vật dẫn bởi một từ trường thay đổi (theo định luật Faraday về cảm ứng điện từ ) sao cho từ trường được tạo ra bởi dòng điện cảm ứng đối nghịch với từ trường thay đổi ban đầu tạo ra nó. . Hướng của dòng điện này được đưa ra bởi quy tắc bàn tay phải của Fleming .

Điều này thoạt đầu có thể khó hiểu — vì vậy hãy xem xét một vấn đề ví dụ.

Hãy nhớ rằng khi một dòng điện được tạo ra bởi một từ trường, thì từ trường mà dòng điện cảm ứng này tạo ra sẽ tạo ra từ trường riêng của nó.

Từ trường này sẽ luôn luôn chống lại từ trường ban đầu tạo ra nó.

Trong ví dụ dưới đây, nếu từ trường “B” đang tăng lên – như được chỉ ra trong (1) – thì từ trường cảm ứng sẽ hoạt động ngược lại với nó.

Khi từ trường “B” đang giảm – như thể hiện trong (2) – từ trường cảm ứng sẽ lại hoạt động ngược lại với nó. Nhưng lần này ‘đối lập’ có nghĩa là nó đang hành động để tăng trường – vì nó đang phản đối tốc độ giảm của sự thay đổi.

Định luật Lenz dựa trên định luật cảm ứng Faraday. Định luật Faraday cho chúng ta biết rằng một từ trường thay đổi sẽ tạo ra dòng điện trong vật dẫn .

Định luật Lenz cho chúng ta biết hướng của dòng điện cảm ứng này chống lại từ trường thay đổi ban đầu tạo ra nó. Điều này được biểu thị trong công thức của định luật Faraday bằng dấu âm (‘-‘).

Sự thay đổi trong từ trường này có thể do thay đổi cường độ từ trường bằng cách di chuyển một nam châm về phía hoặc ra khỏi cuộn dây, hoặc di chuyển cuộn dây vào hoặc ra khỏi từ trường.

Nói cách khác, chúng ta có thể nói rằng độ lớn của EMF cảm ứng trong mạch tỷ lệ với tốc độ thay đổi của từ thông .

Công thức định luật Lenz

Định luật Lenz phát biểu rằng khi một EMF được tạo ra bởi sự thay đổi từ thông theo Định luật Faraday, thì cực của EMF cảm ứng là như vậy, nó tạo ra một dòng điện cảm ứng có từ trường chống lại từ trường thay đổi ban đầu tạo ra nó.

Dấu âm được sử dụng trong định luật Faraday về cảm ứng điện từ chỉ ra rằng EMF cảm ứng (ε) và sự thay đổi trong từ thông (δΦ B ) có dấu hiệu trái ngược nhau. Công thức của định luật Lenz được hiển thị dưới đây:

Ở đâu:

  • ε = Emf cảm ứng
  • δΦ B = thay đổi từ thông
  • N = Không có vòng nào trong cuộn dây

Định luật Lenz và Bảo toàn Năng lượng

Để tuân theo sự bảo toàn năng lượng, chiều của dòng điện gây ra theo định luật Lenz phải tạo ra một từ trường ngược lại với từ trường tạo ra nó. Thực tế, định luật Lenz là hệ quả của định luật bảo toàn cơ năng.

Tại sao bạn hỏi vậy? Vâng, hãy giả vờ đó không phải là trường hợp và xem điều gì sẽ xảy ra.

Nếu từ trường do dòng điện cảm ứng tạo ra có cùng hướng với từ trường tạo ra nó thì hai từ trường này sẽ kết hợp và tạo ra một từ trường lớn hơn.

Đến lượt nó, từ trường lớn hơn kết hợp này sẽ tạo ra một dòng điện khác bên trong vật dẫn có cường độ gấp đôi cường độ dòng điện cảm ứng ban đầu.

Và đến lượt nó, điều này sẽ tạo ra một từ trường khác có thể tạo ra một dòng điện khác. Và như thế.

Vì vậy, chúng ta có thể thấy rằng nếu định luật Lenz không quy định rằng dòng điện cảm ứng phải tạo ra một từ trường chống lại từ trường tạo ra nó – thì chúng ta sẽ kết thúc với một vòng phản hồi dương vô tận, phá vỡ sự bảo toàn năng lượng (vì chúng ta đang tạo ra nguồn năng lượng vô tận).

Định luật Lenz cũng tuân theo định luật thứ ba về chuyển động của Newton (tức là đối với mọi hành động luôn có một phản lực cân bằng và ngược chiều).

Nếu dòng điện cảm ứng tạo ra một từ trường bằng và ngược chiều với hướng của từ trường tạo ra nó thì chỉ có nó mới có thể chống lại sự thay đổi của từ trường trong khu vực. Điều này phù hợp với định luật chuyển động thứ ba của Newton.

Định luật Lenz được giải thích

Để hiểu rõ hơn về định luật Lenz, chúng ta hãy xem xét hai trường hợp:

Trường hợp 1 : Khi một nam châm đang chuyển động đối với cuộn dây.

Khi cực bắc của nam châm đến gần cuộn dây, từ thông liên kết với cuộn dây tăng lên. Theo định luật cảm ứng điện từ Faraday, khi có sự thay đổi từ thông, EMF, và do đó dòng điện được cảm ứng trong cuộn dây và dòng điện này sẽ tạo ra từ trường riêng của nó.

Theo định luật Lenz, từ trường này được tạo ra sẽ chống lại chính nó hoặc chúng ta có thể nói phản đối sự gia tăng từ thông qua cuộn dây và điều này chỉ có thể xảy ra nếu phía cuộn dây tiếp cận đạt được cực bắc, như chúng ta biết các cực tương tự đẩy nhau.

Khi chúng ta biết cực từ của phía cuộn dây, chúng ta có thể dễ dàng xác định chiều của dòng điện cảm ứng bằng cách áp dụng quy tắc bàn tay phải. Trong trường hợp này, dòng điện chạy theo hướng ngược chiều kim đồng hồ.

Trường hợp 2 : Khi một nam châm dịch chuyển ra khỏi cuộn dây

Khi cực bắc của nam châm dịch chuyển ra khỏi cuộn dây, từ thông liên kết với cuộn dây giảm. Theo định luật cảm ứng điện từ Faraday, một EMF và do đó dòng điện được cảm ứng trong cuộn dây và dòng điện này sẽ tạo ra từ trường riêng của nó.

Bây giờ theo định luật Lenz, từ trường được tạo ra này sẽ chống lại chính nó hoặc chúng ta có thể nói phản đối sự giảm từ thông qua cuộn dây và điều này chỉ có thể xảy ra nếu phía cuộn dây đến gần đạt được cực nam, như chúng ta biết các cực khác nhau hút nhau.

Khi chúng ta biết cực từ của phía cuộn dây, chúng ta có thể dễ dàng xác định chiều của dòng điện cảm ứng bằng cách áp dụng quy tắc bàn tay phải. Trong trường hợp này, dòng điện chạy theo chiều kim đồng hồ.

Lưu ý rằng để tìm hướng của từ trường hoặc dòng điện, hãy sử dụng quy tắc ngón tay cái bên phải, tức là nếu các ngón tay của bàn tay phải đặt xung quanh dây dẫn sao cho ngón cái trỏ theo hướng của dòng điện thì ngón tay sẽ cong lại. chỉ ra chiều của từ trường do dây dẫn tạo ra.

Định luật Lenz có thể được phát biểu như sau:

  • Nếu từ thông Ф liên kết một cuộn dây tăng lên, hướng của dòng điện trong cuộn dây sẽ chống lại sự gia tăng từ thông và do đó dòng điện cảm ứng sẽ tạo ra từ thông của nó theo một hướng như hình dưới đây (sử dụng ngón tay cái bên phải của Fleming luật lệ)
  • Nếu từ thông Ф liên kết một cuộn dây đang giảm, thì từ thông tạo ra bởi dòng điện trong cuộn dây là như vậy, nó sẽ hỗ trợ từ thông chính và do đó hướng của dòng điện như hình dưới đây.

Ứng dụng luật Lenz

Các ứng dụng của định luật Lenz bao gồm:

  • Định luật Lenz có thể được sử dụng để hiểu khái niệm về năng lượng từ trường được lưu trữ trong cuộn cảm . Khi một nguồn của emf được kết nối qua một cuộn cảm, một dòng điện bắt đầu chạy qua nó. Emf mặt sau sẽ chống lại sự gia tăng dòng điện qua cuộn cảm. Để thiết lập dòng chảy, nguồn bên ngoài của emf phải làm một số công việc để khắc phục sự đối lập này. Công việc này có thể được thực hiện bởi emf được lưu trữ trong cuộn cảm và nó có thể được phục hồi sau khi loại bỏ nguồn bên ngoài của emf khỏi mạch
  • Định luật này chỉ ra rằng emf cảm ứng và sự thay đổi trong thông lượng có các dấu hiệu trái ngược nhau, cung cấp cách giải thích vật lý về sự lựa chọn dấu hiệu trong định luật cảm ứng Faraday.
  • Định luật Lenz cũng được áp dụng cho máy phát điện. Khi dòng điện cảm ứng trong máy phát điện, hướng của dòng điện cảm ứng này sẽ ngược lại và gây ra chuyển động quay của máy phát điện (theo định luật Lenz) và do đó máy phát điện đòi hỏi nhiều năng lượng cơ học hơn. Nó cũng cung cấp lại emf trong trường hợp động cơ điện .
  • Định luật Lenz cũng được sử dụng trong phanh điện từ và bếp từ.

Phát biểu định luật Lenz

Định luật Lenz phát biểu rằng hướng của dòng điện gây ra trong một vật dẫn bởi một từ trường thay đổi sao cho từ trường do dòng điện cảm ứng tạo ra chống lại từ trường thay đổi ban đầu tạo ra nó.

Định luật Lenz được đặt theo tên nhà khoa học người Đức HFE Lenz vào năm 1834. Định luật Lenz tuân theo định luật thứ ba về chuyển động của Newton (tức là đối với mọi hành động luôn có phản ứng cân bằng và ngược chiều) và sự bảo toàn năng lượng (tức là năng lượng không được tạo ra cũng không bị phá hủy và do đó tổng của tất cả các năng lượng trong hệ thống là một hằng số).

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button