4 miesiące temu

Reguła Lenza

Jak wszyscy wiemy, dokoła magnesu rozpościera się pole magnetyczne. Gdybyśmy rozsypali opiłki żelaza na tekturce wokół magnesu, zaobserwowalibyśmy linie sił tego pola, czyli linie, wzdłuż których działają siły magnetyczne. Linie te są zamknięte, ciągłe i nie przecinają się. Im silniejsze jest pole magnetyczne w danym miejscu, tym gęściej przebiegają linie sił tego pola. Fizycy powiedzą, że tym większy jest strumień magnetyczny przepływający przez umieszczoną w tym miejscu powierzchnię, ustawioną prostopadle do kierunku linii sił.

Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem

Dookoła przewodu, w którym płynie prąd, istnieje — tak samo, jak dokoła magnesu — pole magnetyczne. Linie pola magnetycznego wokół przewodnika z prądem łatwo zaobserwować, jeśli użyje się drewnianego stolika z rozsypanymi opiłkami żelaza, usytuowanego prostopadle do przewodnika. Po zamknięciu obwodu elektrycznego wystarczy lekko postukać w stolik, a opiłki ułożą się zgodnie z liniami pola magnetycznego. Linie pola wokół prostoliniowego przewodnika są współśrodkowymi okręgami (zwrot tych linii ustala reguła prawej dłoni). Pole magnetyczne zwojnicy jest bardzo podobne do pola wokół magnesu sztabkowego. Można je silnie wzmocnić, umieszczając w środku rdzeń z ferromagnetyka. Zwrot linii pola zależy od kierunku przepływu prądu. Wewnątrz zwojnicy (solenoidu) linie sił są równoległe — mówimy, że pole to jest jednorodne. Natężenie pola magnetycznego zwojnicy jest tym większe, im większe jest natężenie płynącego przez nią prądu oraz im gęściej są nawinięte zwoje.

Jak powstaje prąd indukcyjny

W obwodzie zawierającym zwojnicę (do którego nie jest podłączone żadne źródło napięcia) powstaje prąd indukcyjny, jeśli zachodzi zmiana położenia magnesu (lub zwojnicy z prądem) względem tej zwojnicy. Jak to wyjaśniamy? Jeżeli magnes (lub zwojnica z prądem) znajduje się w pobliżu zwojnicy (bez źródła napięcia), to przez jej kontur przechodzi pewna liczba linii sił pola magnetycznego magnesu. Gdy magnes (lub zwojnica z prądem) nie zmienia swego położenia względem danej zwojnicy, liczba linii sił przecinających jej kontur jest przez cały czas taka sama. Jeżeli natomiast poruszamy magnesem (lub zwojnicą z prądem), liczba linii sił przecinających jej kontur, zmienia się. Przyczyną powstawania prądu indukcyjnego w obwodzie jest zatem zmiana liczby linii sił, przecinających ten obwód. Im szybciej będzie ona zachodziła (np. im szybciej będziemy zbliżali lub oddalali magnes), tym silniejszy otrzymamy prąd indukcyjny. Im silniejsze jest pole magnetyczne, wzbudzające prąd indukcyjny (czyli im więcej linii sił przecina powierzchnię objętą przewodnikiem), tym będzie on silniejszy.

Reguła Lenza

Znakomity fizyk, Emil Lenz ustalił doświadczalnie regułę, określającą kierunek prądu indukcyjnego, w zależności od czynników, które ten prąd wzbudzają. Mówi ona o tym, że prąd indukcyjny ma taki kierunek, że pole magnetyczne wytworzone przez niego przeciwdziała zmianie pola magnetycznego, która go wywołała. Reguła Lenza wynika z zasady zachowania energii — aby wprowadzić magnes w zwojnicę, należy pokonać siły odpychania, czyli wykonać pracę. Kosztem tej pracy powstaje energia przepływającego przez obwód prądu indukcyjnego. Prąd indukcyjny jest zmienny, tzn. zmienia się w czasie zarówno jego wartość, jak i kierunek. Więcej informacji o tej regule można znaleźć na stronie www.fizyka.uniedu.pl.

Reguła Lenza potwierdza zatem ponownie najogólniejsze prawo przyrody, jakim jest zasada zachowania energii — energia prądu indukcyjnego nie może powstać z niczego, powstaje ona kosztem pracy, jaką należy wykonać, aby ten prąd wzbudzić.