LENCO DĖSNIS: FORMULĖ, LYGTYS, PRITAIKYMAI, PAVYZDŽIAI - FIZINIS - 2025

Lenz "ai teisės narės, kad sukeltas elektrovaros jėga uždarame rate poliškumo, dėl variacijos magnetinio lauko srauto yra tokia, kad prieštarauja minėtoje srauto pasikeitimą.

Neigiamas ženklas, esantis prieš Faradėjaus įstatymą, atsižvelgia į Lenco įstatymą, dėl kurio jis vadinamas Faraday-Lenz įstatymu, kuris išreiškiamas taip:

1 pav. Toroidinė ritė gali sukelti sroves kituose laidininkuose. Šaltinis: „Pixabay“.

Formulės ir lygtys

Šioje lygtyje B yra magnetinio lauko dydis (be paryškinimo ar rodyklės, kad vektorius būtų atskirtas nuo jo dydžio), A - lauko kertamo paviršiaus plotas, o θ yra kampas tarp vektorių B ir n .

Laikui bėgant, magnetinio lauko srautas gali būti įvairus, kad būtų sukurta indukuota emf A zonos kilpoje - uždaroje grandinėje. Pavyzdžiui:

- Sudaryti magnetinio lauko kintamąjį su laiku: B = B (t), išlaikant plotą ir kampą pastovų, tada:

Programos

Neatidėliotinas Lenzo dėsnio taikymas yra nustatyti indukuotos emf arba srovės kryptį, nereikalaujant jokių skaičiavimų. Apsvarstykite šiuos dalykus: magnetinio lauko viduryje turite kilpą, tokią, kokią sukuria juostos magnetas.

2 pav. Lenco dėsnio taikymas. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Jei magnetas ir kilpa yra ramybėje vienas kito atžvilgiu, nieko neįvyks, tai yra, indukuotos srovės nebus, nes magnetinio lauko srautas išlieka pastovus (žr. 2a paveikslą). Kad srovė būtų indukuota, srautas turi skirtis.

Jei tarp magneto ir kilpos vyksta santykinis judėjimas, judant magnetu link kilpos arba link magneto, bus išmatuota indukuota srovė (2b paveikslas ir toliau).

Ši indukuota srovė savo ruožtu sukuria magnetinį lauką, todėl mes turėsime du laukus: magnetas B ₁ yra mėlynas ir tas, kuris susijęs su srove, sukuriama indukcijos B ₂ , oranžine spalva.

Dešiniojo nykščio taisyklė leidžia žinoti B ₂ kryptį , nes dešinės rankos nykštis dedamas srovės kryptimi ir kryptimi. Kiti keturi pirštai nurodo magnetinio lauko lenkimo kryptį pagal 2 paveikslą (žemiau).

Magnetų judėjimas per kilpą

Tarkime, kad magnetas yra numestas link kilpos, o šiaurės polius nukreiptas į jį (3 pav.). Magneto lauko linijos palieka šiaurinį polių N ir įeina į pietų polių S. Tada įvyks changes pokyčiai, B ₁ sukuriamas srautas per kilpą: Φ didėja! Todėl kilpoje _sukuriamas priešingas tikslas - magnetinis laukas B ₂ .

3 pav. Magnetas juda link kilpos, o šiaurinis polius - link jo. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Pagal dešiniojo nykščio taisyklę indukuota srovė eina prieš laikrodžio rodyklę, raudonos strėlės 2 ir 3 paveiksluose.

Perkelkime magnetą toliau nuo kilpos ir tada jo Φ sumažės (2c ir 4 paveikslai), todėl kilpa suskubta sukurti magnetinį lauką B ₂ ta pačia kryptimi, kad kompensuotų. Todėl indukuota srovė yra valandinė, kaip parodyta 4 paveiksle.

4 pav. Magnetas tolsta nuo kilpos, visuomet nukreipdamas į šiaurės ašį. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Magneto padėties pakeitimas

Kas nutiks, jei magneto padėtis pasikeis? Jei pietų polius nukreiptas į kilpą, laukas nukreiptas į viršų, nes magneto B linijos palieka šiaurinį polių ir įeina į pietų polių (žr. 2d paveikslą).

Iškart Lenzo įstatymas informuoja, kad šis vertikalus laukas aukštyn, bėgant link kilpos, sukels jame priešingą lauką, tai yra, B ₂ žemyn, o indukuota srovė taip pat bus valandinė.

Galiausiai magnetas tolsta nuo kilpos, visuomet su savo pietų poliu nukreipdamas į jo vidų. Tada kilpos viduje sukuriamas laukas B _2, kuris padeda užtikrinti, kad tolstant nuo magneto lauko srautas jame nepasikeis. Ir B _1, ir B ₂ turės tą pačią reikšmę (žr. 2d paveikslą).

Skaitytojas supras, kad, kaip pažadėta, nebuvo atlikta jokių skaičiavimų, norint žinoti indukuotos srovės kryptį.

Eksperimentai

Heinrichas Lenzas (1804-1865) per visą savo mokslinę karjerą atliko daugybę eksperimentinių darbų. Žinomiausi yra tie, kuriuos ką tik aprašėme, skirti magnetinėms jėgoms ir efektams, kuriuos sukuria staigus metimas į magnetą kilpos viduryje, išmatuoti. Savo rezultatais jis patobulino Michaelio Faradėjaus nuveiktą darbą.

Pasirodo, kad neigiamas Faradėjaus įstatymo ženklas yra eksperimentas, kuriam jis šiandien pripažintas plačiausiai. Nepaisant to, Lenzas per savo jaunystę daug dirbo geofizikoje, tuo tarpu jis buvo užsiėmęs mesti magnetus į ritinius ir vamzdelius. Jis taip pat atliko metalų elektrinės varžos ir laidumo tyrimus.

Visų pirma, apie temperatūros padidėjimo poveikį atsparumo vertei. Jis nepastebėjo, kad kaitinant laidą varža mažėja ir šiluma išsisklaido - tai Jamesas Joule'as pastebėjo ir savarankiškai.

Norėdami visada atsiminti jo indėlį į elektromagnetizmą, be jo vardą turinčio įstatymo, induktyvumai (ritės) žymimi raide L.

Lenzo vamzdis

Tai eksperimentas, kuriame pademonstruojama, kaip magnetas sulėtėja, kai jis paleidžiamas į vario vamzdelį. Kritus magnetui, jis sukuria magnetinio lauko srauto, vykstančio vamzdžio viduje, variacijas, kaip atsitinka su dabartine kilpa.

Tada sukuriama indukuota srovė, kuri priešinasi srauto pokyčiams. Vamzdis sukuria tam savo magnetinį lauką, kuris, kaip mes jau žinome, yra susijęs su indukuota srove. Tarkime, kad magnetas paleidžiamas žemyn pietų poliu (2d ir 5 pav.).

5 pav. Lenzo vamzdelis. Šaltinis: F. Zapata.

Dėl to vamzdis sukuria savo magnetinį lauką, kurio šiaurės stulpas žemyn ir pietinis stulpas aukštyn, o tai prilygsta tam tikrų magnetų poros sukūrimui, viena virš jos, o kita žemiau krintančio.

Koncepcija atsispindi šiame paveiksle, tačiau būtina atsiminti, kad magnetiniai poliai yra neatsiejami. Jei apatinis manekeno magnetas turi šiaurinį stulpą žemyn, jį būtinai lydės pietų stulpas aukštyn.

Kai priešingybės traukia, o priešybės atstumia, krintantis magnetas bus atstumtas, o tuo pačiu ir patraukiamas viršutinio išgalvoto magneto.

Bendras efektas visada bus stabdomas, net jei magnetas bus paleistas žemyn nukreipus šiaurinį stulpą.

Joule-Lenz įstatymas

Džoulio-Lenzo įstatymas aprašo, kaip dalis energijos, susijusios su per srovę einančia elektros srove, prarandama šilumos pavidalu - poveikis, kuris naudojamas elektriniuose šildytuvuose, lygintuvuose, plaukų džiovintuvuose ir elektriniuose degikliuose. be kitų prietaisų.

Visi jie turi varžą, gijų ar kaitinimo elementą, kuris įkaista, kai praeina srovė.

Matematiškai tebūnie R šildančio elemento varža, I per jį tekančios srovės intensyvumas, o t, pagal Džaulio efektą sukuriamos šilumos kiekis yra:

Kur Q matuojamas džauliais (SI vienetais). Jamesas Joule'as ir Heinrichas Lenzas šį poveikį atrado vienu metu apie 1842 m.

Pavyzdžiai

Čia pateikiami trys svarbūs Faradėjaus-Lenco įstatymų pavyzdžiai:

Kintamosios srovės generatorius

Kintamos srovės generatorius mechaninę energiją paverčia elektros energija. Priežastis buvo aprašyta pradžioje: kilpa pasukama vienodo magnetinio lauko viduryje, tokia, kokia yra sukuriama tarp dviejų stambių elektromagnetų polių. Kai naudojami N posūkiai, emf padidėja proporcingai N.

6 paveikslas. Kintamosios srovės generatorius.

Kai kilpa sukasi, jo paviršiaus normalus vektorius keičia savo orientaciją lauko atžvilgiu, sukurdamas emf, kuris kinta sinusoidiškai laikui bėgant. Tarkime, kad kampinis sukimosi dažnis yra ω, tada, pakeitę pradžioje pateiktą lygtį, turėsime:

Transformatorius

Tai įrenginys, leidžiantis gauti tiesioginę įtampą iš kintamos įtampos. Transformatorius yra daugybė prietaisų, pavyzdžiui, mobiliojo telefono įkroviklis, jis veikia taip:

Aplink geležinę šerdį yra suvyniotos dvi ritės, viena vadinama pirmine, kita - antrine. Atitinkamas posūkių skaičius yra N ₁ ir N ₂ .

Pirminė ritė arba apvija yra prijungta prie kintamos įtampos (pavyzdžiui, kaip buitinio elektros lizdo), kurios forma V _P = V ₁ .cos ωt, todėl jos viduje cirkuliuoja kintama dažnio srovė ω.

Ši srovė sukuria magnetinį lauką, kuris savo ruožtu sukelia svyruojantį magnetinį srautą antroje ritėje arba apvijoje, kurio antrinė įtampa yra V _S = V ₂ .cos ωt.

Dabar paaiškėja, kad magnetinis laukas geležies šerdies viduje yra proporcingas pirminės apvijos apsisukimų skaičiui:

Taip pat V _P , įtampa pirminėje apvijoje, o sukelta emf V _S antrojoje apvijoje yra proporcinga, kaip jau žinome, posūkių skaičiui N ₂ , taip pat V _P.

Taigi sujungdami šias proporcijas, turime ryšį tarp V _S ir V _P, kuris priklauso nuo kiekvieno posūkio skaičiaus koeficiento:

7 pav. Transformatorius. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. „KundaliniZero“

Metalo detektorius

Tai yra įrenginiai, bankai ir oro uostai naudojami saugumui užtikrinti. Jie nustato bet kokio metalo, ne tik geležies ar nikelio, buvimą. Jie veikia dėl sukeltų srovių, naudojant dvi ritės: siųstuvą ir imtuvą.

Aukšto dažnio kintamoji srovė perduodama siųstuvo ritėje taip, kad ji sukuria kintamą magnetinį lauką išilgai ašies (žr. Paveikslą), sukeliantį imtuvo ritėje srovę, daugiau ar mažiau panašią į tai, kas atsitinka su transformatoriumi.

8 pav. Metalo detektoriaus veikimo principas.

Jei tarp abiejų ritinių yra metalo gabalas, jame atsiranda mažos sukeltos srovės, vadinamos sūkurinėmis srovėmis (kurios negali tekėti izoliatoriuje). Priimančioji ritė reaguoja į perduodamos ritės ir tų, kurias sukuria sūkurinių srovių, magnetiniai laukai.

Eddy srovės bando sumažinti metalo gabalo magnetinio lauko srautą. Todėl gaunamosios ritės suvokiamas laukas sumažėja, kai tarp abiejų ritių yra metalinis gabalas. Kai tai atsitiks, suveikia aliarmas, kuris įspėja apie metalo buvimą.

Pratimai

1 pratimas

Yra apvali ritė su 250 posūkių 5 cm spinduliu, statmena 0,2 T. magnetiniam laukui. Nustatykite sukeltą emf, jei per 0,1 s laiko tarpą magnetinio lauko dydis padvigubėtų ir nurodykite kryptį. srovė pagal šį paveikslą:

9 pav. Apskritoji kilpa vienodo magnetinio lauko, statmeno kilpos plokštumai, viduryje. Šaltinis: F. Zapata.

Sprendimas

Pirmiausia apskaičiuosime sukeltos emf dydį, tada pagal brėžinį bus nurodoma susijusios srovės kryptis.

Kadangi laukas padvigubėjo, taip pat padidėjo ir magnetinio lauko srautas, todėl kilpoje, kuri priešinasi minėtam padidėjimui, sukuriama indukuota srovė.

Laukas paveikslėlyje nukreiptas į ekrano vidų. Sukeltos srovės sukurtas laukas turi išeiti iš ekrano, taikant dešiniojo nykščio taisyklę, tai reiškia, kad indukuota srovė yra prieš laikrodžio rodyklę.

2 pratimas

Kvadratinę apviją sudaro 40 5 cm posūkių iš abiejų pusių, kurios sukasi 50 Hz dažniu vienodo 0,1 T dydžio lauko viduryje. Iš pradžių ritė yra statmena laukui. Kokia bus sukeltos emf išraiška?

Sprendimas

Iš ankstesnių skyrių ši išraiška buvo nustatyta:

Nuorodos

1. Figueroa, D. (2005). Serija: Fizika mokslui ir inžinerijai. 6 tomas. Elektromagnetizmas. Redagavo Douglas Figueroa (USB).
2. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualus fizikos mokslas. 5-asis. Ed Pearson.
3. Knight, R. 2017. Fizika mokslininkams ir inžinerijai: strategijos metodas. Pearsonas.
4. „OpenStax“ kolegija. Faradėjaus indukcijos dėsnis: Lenzo dėsnis. Atkurta iš: opentextbc.ca.
5. Fizikos libretekstai. Lenzo įstatymas. Atkurta iš: fiz.libretexts.org.
6. Searsas, F. (2009). Universiteto fizikos 2 tomas.