The Lenzův zákon stanoví, že polarita elektromotorické síly indukované v uzavřeném obvodu, v důsledku kolísání toku magnetického pole, je taková, že odporuje kolísání uvedeného toku.
Negativní znaménko, které předchází Faradayovu zákonu, bere v úvahu Lenzův zákon, což je důvod, proč se nazývá Faraday-Lenzův zákon, a je vyjádřeno následovně:
Rejstřík článků
ε představuje indukovanou elektromotorickou sílu, zkráceně jako fem, Φ je tok magnetického pole a t Je čas. Jednotky v mezinárodním systému (SI) pro fem jsou volty (V).
Tok magnetického pole Φ je definován následujícím tečkovým produktem:
V uvedené rovnici B je konstantní a jednotka pro Φ v SI pro tok magnetického pole je weber (W):
1 weber = 1 Tesla. metrodva
Další způsob vyjádření Φ je ten, který se získá při použití definice skalárního součinu:
Φ = B.A.cos θ
V této rovnici, B je velikost magnetického pole (bez tučně nebo šipky, aby se vektor odlišil od jeho velikosti), A je plocha povrchu procházejícího polem a θ je úhel mezi vektory B Y n.
Tok magnetického pole lze v průběhu času měnit různými způsoby, aby se vytvořilo a fem indukované ve smyčce - uzavřeném obvodu - oblasti A. Například:
-Vytvoření proměnné magnetického pole v čase: B = B (t), udržování konstantní plochy a úhlu, pak:
%7D%7Bdt%7D=-B.A.sen%5Ctheta)
Okamžitým uplatněním Lenzova zákona je určit smysl slova fem nebo indukovaný proud bez nutnosti jakéhokoli výpočtu. Zvažte následující: máte smyčku uprostřed magnetického pole, jako je smyčka vytvářená tyčovým magnetem.
Pokud jsou magnet a smyčka vzájemně v klidu, nic se neděje, to znamená, že nedojde k žádnému indukovanému proudu, protože tok magnetického pole zůstává v takovém případě konstantní (viz obrázek 2a). Aby byl proud indukován, musí se tok lišit.
Nyní, pokud dojde k relativnímu pohybu mezi magnetem a smyčkou, a to buď pohybem magnetu směrem ke smyčce, nebo směrem k magnetu, dojde k měření indukovaného proudu (obrázek 2b dále).
Tento indukovaný proud zase generuje magnetické pole, proto budeme mít dvě pole: pole magnetu B1 v modré barvě a barvě spojené s proudem vytvořeným indukcí Bdva, oranžově.
Pravidlo pravého palce umožňuje znát směr Bdva, K tomu je palec pravé ruky umístěn ve směru a směru proudu. Další čtyři prsty označují směr, ve kterém se magnetické pole ohýbá, podle obrázku 2 (níže).
Řekněme, že magnet spadl směrem k smyčce se severním pólem směřujícím k ní (obrázek 3). Polní čáry magnetu opouštějí severní pól N a vstupují do jižního pólu S. Pak nastanou změny v Φ, tok vytvořený B1 který prochází smyčkou:Φ zvyšuje! Proto je ve smyčce vytvořeno magnetické pole Bdva s opačným záměrem.
Indukovaný proud je proti směru hodinových ručiček, -červené šipky na obrázcích 2 a 3-, podle pravidla pravého palce.
Pojďme přesunout magnet od smyčky a pak od ní Φ zmenšuje (obrázky 2c a 4), proto smyčka spěchá a vytváří uvnitř magnetické pole Bdva ve stejném duchu, kompenzovat. Proto je indukovaný proud hodinový, jak je vidět na obrázku 4.
Co se stane, když je poloha magnetu obrácena? Pokud jižní pól směřuje k smyčce, pole směřuje nahoru, protože čáry B v magnetu opustí severní pól a vstoupí do jižního pólu (viz obrázek 2d).
Lenzův zákon okamžitě informuje, že toto vertikální pole směrem vzhůru, spěchající ke smyčce, v něm vyvolá opačné pole, tj., Bdva dolů a indukovaný proud bude také hodinový.
Nakonec se magnet oddálí od smyčky, vždy s jižním pólem směřujícím dovnitř. Pak se uvnitř smyčky vytvoří pole Bdva pomoci tomu, že odklon od magnetu nezmění tok pole v něm. Tak moc B1 Co Bdva bude mít stejný význam (viz obrázek 2d).
Čtenář si uvědomí, že jak bylo slíbeno, nebyly provedeny žádné výpočty, aby bylo možné znát směr indukovaného proudu.
Heinrich Lenz (1804-1865) během své vědecké kariéry prováděl řadu experimentálních prací. Nejznámější jsou ty, které jsme právě popsali a které se věnují měření magnetických sil a efektů vytvořených náhlým upuštěním magnetu uprostřed smyčky. Svými výsledky zdokonalil práci Michaela Faradaye.
Toto negativní znaménko ve Faradayově zákoně se ukazuje jako nejuznávanější experiment dneška. Lenz však během svého mládí hodně pracoval v geofyzice, mezitím byl zaneprázdněn zhazováním magnetů do cívek a trubek. Rovněž provedl studie o elektrickém odporu a vodivosti kovů.
Zejména na účinky, které má zvýšení teploty na hodnotu odporu. Nepřestal pozorovat, že když se drát zahřívá, odpor klesá a teplo se rozptyluje, což James Joule také pozoroval nezávisle.
Abychom si vždy pamatovali jeho příspěvky k elektromagnetismu, jsou kromě zákona, který nese jeho jméno, indukčnosti (cívky) označeny písmenem L.
Jedná se o experiment, ve kterém je demonstrováno, jak magnet zpomaluje, když je uvolněn do měděné trubice. Když magnet padá, generuje variace toku magnetického pole uvnitř trubice, jako je tomu u proudové smyčky..
Poté se vytvoří indukovaný proud, který je proti změně průtoku. Trubice k tomu vytváří vlastní magnetické pole, které, jak již víme, je spojeno s indukovaným proudem. Předpokládejme, že magnet je uvolněn jižním pólem dolů (obrázky 2d a 5).
Výsledkem je, že trubice vytváří vlastní magnetické pole se severním pólem. dolů a jižní pól nahoru, což je ekvivalentní vytvoření fiktivního páru magnetů, jednoho nad a jednoho pod padajícím.
Koncept se odráží na následujícím obrázku, ale je třeba si uvědomit, že magnetické póly jsou neoddělitelné. Pokud má spodní maketa magnetu severní pól dolů, bude nutně doprovázen jižním pólem nahoru..
Jak se protiklady přitahují a protiklady odpuzují, padající magnet bude odpuzován a zároveň přitahován horním fiktivním magnetem.
Čistý efekt bude vždy brzdit, i když se magnet uvolní se severním pólem dolů..
Zákon Joule-Lenz popisuje, jak se část energie spojené s elektrickým proudem, který cirkuluje vodičem, ztrácí ve formě tepla, což je účinek, který se používá v elektrických ohřívačích, žehličkách, fénech na vlasy a elektrických hořácích..
Všechny mají odpor, vlákno nebo topný článek, který se při průchodu proudu zahřívá..
V matematické formě, pojďme R odpor topného tělesa, Já intenzita proudu protékajícího jím a t času je množství tepla produkovaného Jouleovým efektem:
Q = jádva. R. t
Kde Q Měří se v joulech (jednotky SI). James Joule a Heinrich Lenz objevili tento efekt současně kolem roku 1842.
Zde jsou tři důležité příklady, kde platí zákon Faraday-Lenz:
Generátor střídavého proudu transformuje mechanickou energii na energii elektrickou. Důvod byl popsán na začátku: smyčka se otáčí uprostřed rovnoměrného magnetického pole, jaké je vytvořeno mezi dvěma póly velkého elektromagnetu. Když se používají N otočíte se fem se zvyšuje úměrně k N.
Jak se smyčka otáčí, vektor kolmý k jejímu povrchu mění svoji orientaci vzhledem k poli a vytváří a fem který se mění sinusově s časem. Předpokládejme, že úhlová frekvence otáčení je ω, pak když dosadíme do rovnice, která byla dána na začátku, budeme mít:
Jedná se o zařízení, které umožňuje získat přímé napětí ze střídavého napětí. Transformátor je součástí nesčetných zařízení, jako je například nabíječka mobilního telefonu, funguje následovně:
Kolem železného jádra jsou navinuty dvě cívky, jedna se nazývá hlavní a ostatní střední škola. Příslušný počet závitů je N1 a Ndva.
Primární cívka nebo vinutí je připojeno ke střídavému napětí (například elektrické zásuvce pro domácnost) ve formě PROTIP = V1.cos ωt, což způsobí, že v něm cirkuluje střídavý proud o frekvenci ω.
Tento proud vytváří magnetické pole, které zase způsobuje oscilační magnetický tok ve druhé cívce nebo vinutí se sekundárním napětím ve formě PROTIS = Vdva.cos ωt.
Nyní se ukazuje, že magnetické pole uvnitř železného jádra je úměrné inverzní hodnotě počtu závitů primárního vinutí:
B ∝ 1 / N1
A stejně to bude PROTIP, napětí na primárním vinutí, zatímco fem indukovaný PROTIS ve druhém vinutí je to úměrné počtu závitů N, jak již vímedva a také PROTIP.
Takže kombinací těchto proporcí máme vztah mezi PROTIS Y PROTIP který závisí na kvocientu mezi počtem závitů každého z nich, a to následovně:
PROTIS = (Ndva / N1) VP
Jsou to zařízení používaná v bankách a na letištích z důvodu bezpečnosti. Detekují přítomnost jakéhokoli kovu, nejen železa nebo niklu. Fungují díky indukovaným proudům pomocí dvou cívek: vysílače a přijímače..
Vysokofrekvenční střídavý proud prochází cívkou vysílače, takže generuje střídavé magnetické pole podél osy (viz obrázek), které indukuje proud v přijímací cívce, něco víceméně podobného tomu, co se děje s transformátorem.
Pokud je kus kovu umístěn mezi oběma cívkami, objeví se v něm malé indukované proudy, které se nazývají vířivé proudy (které nemohou proudit v izolátoru). Přijímací cívka reaguje na magnetická pole vysílací cívky a na pole vytvářená vířivými proudy..
Vířivé proudy se snaží minimalizovat tok magnetického pole v kusu kovu. Proto pole vnímané přijímací cívkou klesá, když je mezi obě cívky vložen kovový kus. Pokud k tomu dojde, spustí se alarm, který varuje před přítomností kovu.
Existuje kruhová cívka s 250 otáčkami o poloměru 5 cm, která je umístěna kolmo na magnetické pole 0,2 T. Určete fem indukované, pokud v časovém intervalu 0,1 s se velikost magnetického pole zdvojnásobí a indikuje směr proudu podle následujícího obrázku:
Nejprve vypočítáme velikost indukovaného emf, poté bude podle výkresu naznačen směr přidruženého proudu.
N = 250 otáček
A = π. Rdva = str. (5 x 10-dva m)dva = 0,0079 mdva.
cos θ = cos 0 = 1 (Vektor n je bráno paralelně k B)
Protože magnetické pole zdvojnásobuje svou velikost, máme:
Dosazením těchto hodnot do rovnice pro velikost fem indukovaný:
ε = 250. 0,0079 mdva . 2 T / s = 3,95 V
Vzhledem k tomu, že pole se zdvojnásobilo, má také magnetické pole tok, proto se ve smyčce vytváří indukovaný proud, který je proti uvedenému nárůstu..
Pole na obrázku ukazuje na obrazovku. Pole vytvořené indukovaným proudem musí opustit obrazovku, při použití pravidla pravého palce, z toho vyplývá, že indukovaný proud je proti směru hodinových ručiček.
Čtvercové vinutí se skládá ze 40 závitů po 5 cm na každé straně, které se otáčejí s frekvencí 50 Hz uprostřed jednotného pole o velikosti 0,1 T. Zpočátku je cívka kolmá na pole. Jaký bude výraz pro fem indukovaný?
Z předchozích částí byl odvozen tento výraz:
ε = N.B.A. ω. sen ωt
A = (5 x 10-dva m)dva = 0,0025 mdva
N = 40 otáček
ω = 2π.f = 2π.50 Hz = 100p s-1
B = 0,1 T.
ε = 40 x 0,1 x 0,0025 x 100π x sin 50.t =p . hřích 100π.t V
Zatím žádné komentáře