ЛЕНЗОВ ЗАКОН: ФОРМУЛА, ЈЕДНАЧИНЕ, АПЛИКАЦИЈЕ, ПРИМЕРИ - ФИЗИЧКИ - 2025

Ленз 'с закон наводи да поларитет индуковане електромоторне силе у затвореном кругу, због варијације у флукса магнетног поља је таква да се противи промену код наведеног протока.

Негативни знак који претходи Фарадаиевом закону узима у обзир Ленцов закон, што је и разлог што се назива Фарадаи-Ленз закон и који се изражава на следећи начин:

Слика 1. Тороидна завојница може да индукује струју у другим проводницима. Извор: Пикабаи.

Формуле и једначине

У овој једначини, Б је величина магнетног поља (без подебљања или стрелице, да би се вектор разликовао од његове величине), А је површина површине која је прешла пољем и θ је угао између вектора Б и н .

Ток магнетног поља може се мењати на различите начине током времена, да би се створио индуковани емф у емитираном кругу - затвореном кругу - подручја А. На пример:

- прављење променљиве магнетног поља у времену: Б = Б (т), одржавајући константну област и угао, а затим:

Апликације

Непосредна примена Лензовог закона је да одреди правац индукованог емф или струје без потребе за било каквим прорачуном. Размотрите следеће: имате петљу у средини магнетног поља, попут онога које производи магнет за шипку.

Слика 2. Примена Лензовог закона. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Ако су магнет и петља у мировању један према другом, ништа се не догађа, то јест, неће бити индуковане струје, јер магнетно поље у том случају остаје константно (видети слику 2а). Да би се изазвала струја, проток мора да варира.

Сада, ако постоји релативно кретање између магнета и петље, било померањем магнета ка петљи, било ка магнету, доћи ће до индуковане струје за мерење (слика 2б даље).

Овај индуковане струје заузврат генерише магнетско поље, због тога ће имати два поља: магнет Б ₁ плавом и онај повезан са струјом створио индукције Б ₂ , наранџасто.

Правило десног палца омогућава да се зна правац Б ₂ , за то је палац десне руке смештен у смеру и правцу струје. Остала четири прста показују смер у коме се магнетно поље савија, према слици 2 (доле).

Кретање магнета кроз петљу

Рецимо да се магнет спушта према петљи са северним половом усмереним према њему (слика 3). Пољске линије магнета напуштају северни пол Н и улазе у јужни пол С. Тада ће доћи до промена у Φ, флукс који Б ₁ ствара кроз петљу: Φ повећава се! Стога у петљи магнетно поље Б _{2 је креиран} са супротним намером.

Слика 3. Магнет се креће према петљи са северним половом према њему. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Индицирана струја тече у смеру супротном од казаљке на сату, црвене стрелице на сликама 2 и 3-, у складу са правилом десног палца.

Идемо магнет даље од петље и онда је Φ смањује (фигурес 2Ц и 4), тако да је петља жури да стварају магнетно поље Б ₂ у истом правцу, да надокнади. Стога је индукована струја по сату, као што је приказано на слици 4.

Слика 4. Магнет се удаљава од петље, увек тако што је северни пол окренут према њему. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Обртање положаја магнета

Шта се догађа ако се положај магнета обрне? Ако јужни пол показује ка петљи, поље показује према горе, будући да линије Б магнетом напуштају северни пол и улазе у јужни пол (види слику 2д).

Одмах Ленцов закон обавештава да ово усправном пољу нагоре, журећи ка петљи, ће изазвати у њој пољем напротив, то јест Б ₂ надоле и индуковане струје ће бити хоурли.

Коначно, магнет се одмиче од петље, увек својим јужним полом ка унутрашњости. Затим поље Б ₂ се производи унутар петље како би се осигурало да се креће даље од магнета не мења флукс поља у њој. Оба Б ₁ и Б ₂ имаће исто значење (види слику 2д).

Читалац ће схватити да, како је обећано, нису направљени прорачуни да би знали правац индуковане струје.

Експерименти

Хајнрих Ленз (1804-1865) је током своје научне каријере извео бројна експериментална дела. Најпознатије су оне које смо управо описали, посвећене мерењу магнетних сила и ефеката створених наглим падом магнета у средину петље. Својим резултатима оплеменио је посао Мицхаел Фарадаи.

Тај негативни знак у Фарадаиевом закону испада да је данас најпознатији експеримент. Ипак, Ленз се током младости много бавио геофизиком, у међувремену се бавио пуштањем магнета у завојнице и цеви. Такође је радио студије о електричном отпору и проводљивости метала.

Нарочито о ефектима повећања температуре на вредност отпора. Није пропустио да примети да када се жица загреје, отпор се смањује и топлота се распршује, нешто што је Јамес Јоуле такође посматрао независно.

Да би се увек сећао његових доприноса електромагнетизму, поред закона који носи његово име, индуктивности (завојнице) су означене словом Л.

Ленз цеви

То је експеримент у коме се доказује како се магнет успорава када се пусти у бакарну цев. Када магнет падне, он ствара варијације у току магнетног поља унутар цеви, као што се догађа са тренутном петљом.

Тада се ствара индукована струја која се супротставља промени протока. За то ствара сопствено магнетно поље које је, као што већ знамо, повезано са индукованом струјом. Претпоставимо да се магнет отпушта са јужног пола према доле, (слике 2д и 5).

Слика 5. Лензова цев. Извор: Ф. Запата.

Као резултат, цев ствара своје магнетно поље са северним полом доле и јужним половом према горе, што је еквивалентно стварању пара магнетских магнета, једног изнад и једног испод оног који пада.

Концепт је одражен на следећој слици, али потребно је имати на уму да су магнетни полови нераздвојни. Ако доњи магнетски магнет има северни пол доле, обавезно ће га пратити јужни пол горе.

Како се супротности привлаче и супротности одбијају, падајући магнет ће се одбијати и истовремено привлачити горњи фиктивни магнет.

Нето ефекат ће увек бити кочни чак и ако се магнет отпушта са северног пола доле.

Јоуле-Ленз закон

Јоуле-Ленз закон описује како се дио енергије повезане са електричном струјом која циркулише кроз проводник губи у облику топлоте, што је ефекат који се користи у електричним гријачима, пеглама, сушилицама за косу и електричним горионицима. између осталих уређаја.

Сви они имају отпор, нит или грејни елемент који се загрева како струја пролази.

У математичком облику, нека Р буде отпор грејног елемента, И интензитет струје која тече кроз њега, а време, количина топлоте произведене Јоуле ефектом је:

Где се К мери у џулима (СИ јединице). Јамес Јоуле и Хеинрицх Ленз открили су овај ефекат истовремено око 1842. године.

Примери

Ево три важна примера где се примењује закон Фарадаи-Ленз:

Генератор наизменичне струје

Генератор наизменичне струје претвара механичку енергију у електричну. Образложење је описано на почетку: петља се окреће у средини уједначеног магнетног поља, оног насталог између два пола великог електромагнета. Када се користи Н окрета, емф се повећава пропорционално Н.

Слика 6. Генератор наизменичне струје.

Како се петља ротира, вектор нормалан на њену површину мења оријентацију у односу на поље, стварајући емф који варира синусоидно с временом. Претпоставимо да је угаона фреквенција ротације ω, а заменом једначине која је дата на почетку, имаћемо:

Трансформер

То је уређај који омогућава добијање директног напона од наизменичног напона. Трансформатор је део безбројних уређаја, на пример, пуњач за мобилни телефон, ради на следећи начин:

Постоје две завојнице намотане око гвозденог језгра, једна се назива примарна, а друга секундарна. Одговарајући број потеза је Н ₁ и Н ₂ .

Примарни завојница или намотај повезан је са наизменичним напоном (као што је на пример утичница за домаћинство струјом) у облику В _П = В ₁ .цос ωт, због чега у њему циркулише наизменична струја фреквенције ω.

Ова струја узрокује магнетно поље које заузврат изазива вибрационог магнетни флукс у другом калема за намотавање, са секундарним напоном облика В _С = В ₂ .цос ωт.

Сада се испоставило да је магнетно поље унутар гвожђе језгре пропорционално обрнутој броју обртаја примарног намотаја:

И тако ће В _П , напон у примару а индуковане емф В _С у другом намотају пропорционалан, као што већ знамо, броју потеза Н ₂ и да В _П.

Комбинујући ове пропорционалности имамо однос између В _С и В _П који зависи од квоцијента између броја обртаја сваког од њих, као што следи:

Слика 7. Трансформатор. Извор: Викимедиа Цоммонс. КундалиниЗеро

Детектор метала

Они су уређаји који се у сигурности користе у банкама и на аеродромима. Откривају присуство било ког метала, а не само гвожђа или никла. Они раде захваљујући индукованим струјама, користећи две намотаје: предајник и пријемник.

Променљива струја високе фреквенције се преноси у намотају предајника, тако да ствара алтернативно магнетно поље дуж осе (види слику), које индукује струју у пријемној завојници, нешто више или мање слично ономе што се дешава са трансформатором.

Слика 8. Принцип рада металног детектора.

Ако се комад метала постави између обе намотаје, у њему се појављују мале индуковане струје, назване вртложне струје (које не могу тећи у изолатору). Пријемна завојница реагује на магнетна поља преносне завојнице и она која стварају вртложне струје.

Еддијске струје покушавају да минимализују флукс магнетног поља у комаду метала. Због тога се поље перципирано завојницом смањује када је метални комад уметнут између обе завојнице. Када се то догоди активира се аларм који упозорава на присуство метала.

Вежбе

Вежба 1

Постоји кружна завојница са 250 обртаја радијуса од 5 цм, смештена окомито на магнетно поље од 0,2 Т. Одредите индуковани емф ако се у временском интервалу од 0,1 с, јачина магнетног поља удвостручи и означите правац струја, према следећој слици:

Слика 9. Кружна петља у средини уједначеног магнетног поља окомито на равнину петље. Извор: Ф. Запата.

Решење

Прво ћемо израчунати магнитуду индукованог емф, а затим ће према цртежу бити назначен правац придружене струје.

Пошто се поље удвостручило, тако и ток магнетног поља, стога се ствара индукована струја у петљи која се противи поменутом повећању.

Поље на слици показује на екран. Поље које ствара индукована струја мора напустити екран, примењујући правило палца десне стране, из чега следи да је индукована струја супротна смеру казаљке на сату.

Вежба 2

Четвртасти намотај састоји се од 40 окретаја од 5 цм са сваке стране, који се окрећу са фреквенцијом од 50 Хз у средини равномерног поља магнитуде 0,1 Т. У почетку је завојница окомита на поље. Шта ће бити израз за индуковани емф?

Решење

Из претходних одељка изведен је овај израз:

Референце

1. Фигуероа, Д. (2005). Серија: Физика за науку и инжењерство. Том 6. Електромагнетизам. Уредио Доуглас Фигуероа (УСБ).
2. Хевитт, Паул. 2012. Концептуална физичка наука. 5. Ед Пеарсон.
3. Книгхт, Р. 2017. Физика за научнике и инжењерство: стратешки приступ. Пеарсон.
4. ОпенСтак Цоллеге. Фарадаиев закон индукције: Лензов закон. Опоравак од: опентектбц.ца.
5. Физика Либретектс. Лензов закон. Опоравак од: пхис.либретектс.орг.
6. Сеарс, Ф. (2009). Университи Пхисицс Вол. 2.