Ορισμός και εξήγηση του κανόνα του Lenz

Ο κανόνας του Lenz σας επιτρέπει να προσδιορίσετε την κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής στο κύκλωμα. Λέει: «η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής είναι πάντα τέτοια που η δράση του αποδυναμώνει την επίδραση της αιτίας που προκαλεί αυτό το ρεύμα επαγωγής».

Εάν η τροχιά ενός κινούμενου φορτισμένου σωματιδίου αλλάξει με οποιονδήποτε τρόπο ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του σωματιδίου με ένα μαγνητικό πεδίο, τότε αυτές οι αλλαγές οδηγούν στην εμφάνιση ενός νέου μαγνητικού πεδίου, ακριβώς απέναντι από το μαγνητικό πεδίο που προκάλεσε αυτές τις αλλαγές.

Για παράδειγμα, αν πάρετε ένα μικρό χάλκινο δακτύλιο που κρέμεται από μια κλωστή και προσπαθήσετε να τον οδηγήσετε με τον βόρειο πόλο αρκετά δυνατό μαγνήτης, μόλις ο μαγνήτης πλησιάσει τον δακτύλιο, ο δακτύλιος θα αρχίσει να απωθεί τον μαγνήτη.

Φαίνεται ότι ο δακτύλιος αρχίζει να συμπεριφέρεται σαν μαγνήτης, στραμμένος με το ίδιο όνομα (σε αυτό το παράδειγμα, τον βόρειο) πόλο προς τον μαγνήτη που έχει εισαχθεί σε αυτό, και έτσι προσπαθεί να αποδυναμώσει τον λεγόμενο μαγνήτη.

Και αν σταματήσετε τον μαγνήτη στο δαχτυλίδι και αρχίσετε να σπρώχνετε από το δαχτυλίδι, τότε το δαχτυλίδι, αντίθετα, θα ακολουθήσει τον μαγνήτη, σαν να εμφανίζεται ως ο ίδιος μαγνήτης, αλλά τώρα - στραμμένο προς τον αντίθετο πόλο προς την έλξη - μαγνήτης εξόδου (μετακινούμε τον βόρειο πόλο του μαγνήτη - ο νότιος πόλος που σχηματίζεται στον δακτύλιο έλκεται), αυτή τη φορά προσπαθώντας να ενισχύσουμε το μαγνητικό πεδίο που εξασθενεί λόγω της διαστολής του μαγνήτη.

Εάν κάνετε το ίδιο με έναν ανοιχτό δακτύλιο, τότε ο δακτύλιος δεν θα ανταποκριθεί στον μαγνήτη, αν και θα προκληθεί EMF σε αυτόν, αλλά επειδή ο δακτύλιος δεν είναι κλειστός, δεν θα υπάρχει επαγόμενο ρεύμα και επομένως δεν χρειάζεται η κατεύθυνσή του να καθοριστεί.

Τι πραγματικά συμβαίνει εδώ; Σπρώχνοντας έναν μαγνήτη σε έναν πλήρη δακτύλιο, αυξάνουμε τη μαγνητική ροή που διεισδύει στον κλειστό βρόχο και επομένως (από σύμφωνα με το νόμο του Faraday για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγήΤο EMF που δημιουργείται στον δακτύλιο είναι ανάλογο με το ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής) Το EMF δημιουργείται στον δακτύλιο.

Και σπρώχνοντας τον μαγνήτη έξω από τον δακτύλιο, αλλάζουμε επίσης τη μαγνητική ροή μέσω του δακτυλίου, μόνο που τώρα δεν την αυξάνουμε, αλλά τη μειώνουμε, και το προκύπτον EMF θα είναι και πάλι ανάλογο με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής, αλλά κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση. Δεδομένου ότι το κύκλωμα είναι ένας κλειστός δακτύλιος, το EMF φυσικά δημιουργεί ένα κλειστό ρεύμα στον δακτύλιο. Και το ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τον εαυτό του.

Η κατεύθυνση των γραμμών επαγωγής του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται στον τρέχοντα δακτύλιο μπορεί να προσδιοριστεί από τον κανόνα του τεμαχίου και θα κατευθύνονται ακριβώς κατά τέτοιο τρόπο ώστε να αποτρέπεται η συμπεριφορά των γραμμών επαγωγής του εισαγόμενου μαγνήτη: οι γραμμές του μια εξωτερική πηγή εισέρχεται στο δαχτυλίδι και από το δαχτυλίδι, αντίστοιχα, οι γραμμές μιας εξωτερικής πηγής εγκαταλείπουν τον δακτύλιο, αντίστοιχα, στο δαχτυλίδι, πηγαίνουν.

Ο κανόνας του Lenz σε έναν μετασχηματιστή

Τώρα ας θυμηθούμε πώς, σύμφωνα με τον κανόνα του Lenz, φορτώνεται μετασχηματιστή δικτύου… Ας υποθέσουμε ότι το ρεύμα αυξάνεται στο πρωτεύον τύλιγμα του μετασχηματιστή, επομένως, το μαγνητικό πεδίο στον πυρήνα αυξάνεται. Η μαγνητική ροή που διεισδύει στη δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή αυξάνεται.

Δεδομένου ότι η δευτερεύουσα περιέλιξη του μετασχηματιστή είναι κλειστή από το φορτίο, το EMF που δημιουργείται σε αυτό θα δημιουργήσει ένα επαγόμενο ρεύμα, το οποίο θα δημιουργήσει το δικό του μαγνητικό πεδίο στο δευτερεύον τύλιγμα. Η κατεύθυνση αυτού του μαγνητικού πεδίου θα είναι τέτοια ώστε να εξασθενεί το μαγνητικό πεδίο του πρωτεύοντος τυλίγματος. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα στο πρωτεύον τύλιγμα θα αυξηθεί (καθώς μια αύξηση του φορτίου στο δευτερεύον τύλιγμα ισοδυναμεί με μείωση της επαγωγής του πρωτεύοντος τυλίγματος του μετασχηματιστή, που σημαίνει μείωση της σύνθετης αντίστασης του μετασχηματιστή δικτύου). Και το δίκτυο θα αρχίσει να εκτελεί εργασίες στην κύρια περιέλιξη του μετασχηματιστή, η τιμή του οποίου θα εξαρτηθεί από το φορτίο στη δευτερεύουσα περιέλιξη.