تعريف قانون لنز

يعتمد قانون لينز على قانون الحفاظ على الطاقة ، من تعريف قانون لينز ، نعلم أن التيار المستحث دائمًا ما يعارضه السبب الذي ينتج عنه ، لذلك ، هناك عمل إضافي يتم القيام به ضد القوة المعارضة ، ينتج عن العمل المنجز ضد القوة المعاكسة تغيير في التدفق المغناطيسي وبالتالي يتم تحفيز التيار ، يُعرف العمل الإضافي المنجز بالطاقة الكهربائية وهو قانون الحفاظ على الطاقة.

مسائل على قانون لنز

احسب حجم emf المستحث عندما يتم دفع المغناطيس في الشكل 1 (أ) في الملف ، مع الأخذ في الاعتبار المعلومات التالية: ملف الحلقة المفردة نصف قطره 6.00 سم ومتوسط قيمة B cos θ (هذا معطى ، نظرًا لأن مجال مغناطيس القضيب معقد) يزداد من 0.0500 T إلى 0.250 T في 0.100 ثانية.

إستراتيجية

للعثور على حجم emf ، نستخدم قانون Faraday للاستقراء كما هو مذكور في

emf=−NΔΦΔt

ولكن بدون علامة الطرح التي تشير إلى الاتجاه:

emf=NΔΦΔtemf=NΔΦΔt

الحل

لقد علمنا أن N = 1 و t = 0.100 s ، لكن يجب علينا تحديد التغيير في التدفق ΔΦ قبل أن نتمكن من إيجاد emf. نظرًا لأن مساحة الحلقة ثابتة ، فإننا نرى ذلك

ΔΦ = Δ (BA cos θ) = AΔ (B cos θ).

الآن Δ (B cos θ) = 0.200 T ، نظرًا لأن B cos θ يتغير من 0.0500 إلى 0.250 T. مساحة الحلقة هي A = πr2 = (3.14 …) (0.060 م) 2 = 1.13 × 10− 2 م 2. وهكذا ، إدخال القيم المحددة في تعبير emf يعطي

Emf=NΔΦΔt=(1.13×10−2 m2)(0.200 T)0.100 s=22.6 mV

في حين أن هذا الجهد يمكن قياسه بسهولة ، فإنه بالتأكيد ليس كبيرًا بما يكفي لمعظم التطبيقات العملية. المزيد من الحلقات في الملف ، والمغناطيس الأقوى ، والحركة الأسرع تجعل الحث المصدر العملي للجهود التي هي عليه. [1]

ما هو قانون لنز

نص قانون لينز على ذلك

تستحث القوة الدافعة الكهربائية المستحثة ذات الأقطاب المختلفة تيارًا يعارض مجاله المغناطيسي التغيير في التدفق المغناطيسي عبر الحلقة لضمان الحفاظ على التدفق الأصلي عبر الحلقة عندما يتدفق التيار فيها.

تم استنباط هذا القانون عام 1834 بواسطة الفيزيائي الروسي هاينريش فريدريش إميل لينز (1804-1865) ، سمي قانون لينز على اسم إميل لينز ، ويعتمد على مبدأ الحفاظ على الطاقة وقانون نيوتن الثالث ، إنها الطريقة الأكثر ملاءمة لتحديد اتجاه التيار المستحث ، تنص على أن اتجاه التيار المستحث يكون دائمًا مثل معارضة التغيير في الدائرة أو المجال المغناطيسي الذي ينتجه. [2]

صيغة قانون لينز

ينص قانون لينز على أنه عندما يتم إنشاء EMF عن طريق تغيير في التدفق المغناطيسي وفقًا لقانون فاراداي ، فإن قطبية EMF المستحثة تكون هكذا ، بحيث تنتج تيارًا مستحثًا يعارض مجاله المغناطيسي المجال المغناطيسي المتغير الأولي الذي أنتجه

تشير العلامة السلبية المستخدمة في قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي إلى أن EMF المستحث (ε) والتغير في التدفق المغناطيسي (δΦB) لهما إشارات معاكسة ، معادلة قانون لينز موضحة أدناه: [2]

صيغة قانون لينز

أين:

ε = emf المستحث

δΦB = تغير في التدفق المغناطيسي

N = عدد الدورات في الملف

استراتيجية حل المشكلات لقانون لينز

لاستخدام قانون لينز لتحديد اتجاهات المجالات المغناطيسية المستحثة والتيارات و emfs:

قم بعمل رسم تخطيطي للموقف لاستخدامه في تصور الاتجاهات وتسجيلها.
حدد اتجاه المجال المغناطيسي ب.
حدد ما إذا كان التدفق يتزايد أم يتناقص.
حدد الآن اتجاه المجال المغناطيسي المستحث ب. إنه يقاوم التغيير في التدفق عن طريق الجمع أو الطرح من الحقل الأصلي.
استخدم RHR-2 لتحديد اتجاه التيار المستحث I المسؤول عن المجال المغناطيسي المستحث B.
سيقود اتجاه (أو قطبية) emf المستحث تيارًا في هذا الاتجاه ويمكن تمثيله على أنه تيار ناشئ من الطرف الموجب لـ emf ويعود إلى نهايته السالبة.

تطبيقات قانون لينز

يستخدم قانون لينز لتحديد اتجاه التيار المستحث و لشرح كيفية إطاعة الدوائر الكهرومغناطيسية لحفظ الطاقة وقانون نيوتن الثالث ،

من تطبيقات قانون لنز

:

موازين إيدي الحالية .
أجهزة الكشف عن المعادن .
دينامومترات إيدي الحالية .
أنظمة الكبح في القطار .
مولدات التيار المتردد .
قراء البطاقات .
ميكروفونات .

شرح قاعدة لنز

لفهم قانون لينز بشكل أفضل ، دعونا ننظر في حالتين:

الحالة 1: عندما يتحرك المغناطيس نحو الملف

عندما يقترب القطب الشمالي للمغناطيس نحو الملف ، يزداد التدفق المغناطيسي المرتبط بالملف. وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي ، عندما يكون هناك تغيير في التدفق ، فإن المجال الكهرومغناطيسي ، وبالتالي يتم تحفيز التيار في الملف وسيخلق هذا التيار مجاله المغناطيسي الخاص.

الآن وفقًا لقانون لينز ، فإن هذا المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه سيعارض مجاله أو يمكننا القول أنه يعارض الزيادة في التدفق عبر الملف وهذا ممكن فقط إذا وصل جانب الملف المقترب إلى القطب الشمالي ، كما نعلم أن الأقطاب المتشابهة تتنافر. بمجرد أن نعرف القطبية المغناطيسية لجانب الملف ، يمكننا بسهولة تحديد اتجاه التيار المستحث من خلال تطبيق قاعدة اليد اليمنى. في هذه الحالة ، يتدفق التيار في اتجاه عكس اتجاه عقارب الساعة.

الحالة 2: عندما يتحرك المغناطيس بعيدًا عن الملف

عندما يتحرك القطب الشمالي للمغناطيس بعيدًا عن الملف ، يتناقص التدفق المغناطيسي المرتبط بالملف. وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي ، يتم تحفيز EMF وبالتالي التيار في الملف وسيخلق هذا التيار مجاله المغناطيسي الخاص.

الآن وفقًا لقانون لينز ، فإن هذا المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه سيعارض مجاله أو يمكننا القول أنه يعارض انخفاض التدفق عبر الملف وهذا ممكن فقط إذا وصل جانب الملف المقترب إلى قطبية جنوبية ، كما نعلم أن الأقطاب المتباينة تجذب بعضها البعض. بمجرد أن نعرف القطبية المغناطيسية لجانب الملف ، يمكننا بسهولة تحديد اتجاه التيار المستحث من خلال تطبيق قاعدة اليد اليمنى. في هذه الحالة ، يتدفق التيار في اتجاه عقارب الساعة.

لاحظ أنه لإيجاد اتجاهات المجال المغناطيسي أو التيار ، استخدم قاعدة الإبهام اليمنى ، أي إذا تم وضع أصابع اليد اليمنى حول السلك بحيث يشير الإبهام في اتجاه تدفق التيار ، فإن تجعيد الأصابع سوف عرض اتجاه المجال المغناطيسي الناتج عن السلك. [3]

تقرير عن قانون لنز

قانون لينز والحفاظ على الطاقة ، للامتثال للحفاظ على الطاقة ، يجب أن يخلق اتجاه التيار المستحث من خلال قانون لينز مجالًا مغناطيسيًا يعاكس المجال المغناطيسي الذي أنشأه. في الواقع ، قانون لينز هو نتيجة لقانون الحفاظ على الطاقة.

إذا كان المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المستحث هو نفس اتجاه المجال الذي أنتجه ، فإن هذين المجالين المغناطيسيين سوف يتحدان ويخلقان مجالًا مغناطيسيًا أكبر ، سيؤدي هذا المجال المغناطيسي الكبير المشترك بدوره إلى إحداث تيار آخر داخل الموصل ضعف حجم التيار المستحث الأصلي.

وهذا بدوره سيخلق مجالًا مغناطيسيًا آخر يحفز تيارًا آخر ، وما إلى ذلك ، لذلك يمكننا أن نرى أنه إذا لم يفرض قانون لينز أن التيار المستحث يجب أن يخلق مجالًا مغناطيسيًا يعاكس المجال الذي أنشأه – فسننتهي بحلقة تغذية مرتدة إيجابية لا نهاية لها ، مما يكسر الحفاظ على الطاقة (لأننا فعالون خلق مصدر طاقة لا نهاية له).

يخضع قانون لينز أيضًا لقانون نيوتن الثالث للحركة (أي أنه يوجد دائمًا رد فعل مساوٍ ومعاكس لكل فعل) ، إذا كان التيار المستحث يخلق مجالًا مغناطيسيًا مساويًا ومعاكسًا لاتجاه المجال المغناطيسي الذي يخلقه ، فيمكنه فقط مقاومة التغيير في المجال المغناطيسي في المنطقة ، هذا يتوافق مع قانون نيوتن الثالث للحركة.

اسئلة على قاعدة لنز

افترض أن ملفًا مكونًا من 50 لفة يقع في مستوى الصفحة في مجال مغناطيسي موحد يتم توجيهه إلى الصفحة ، تبلغ مساحة الملف في الأصل 0.250m2 ، يتم شدها بحيث لا تكون لها مساحة في 0.100 ثانية ، ما اتجاه وحجم emf المستحث إذا كانت شدة المجال المغناطيسي المنتظم 1.50 T؟

7: (أ) يقوم فني التصوير بالرنين المغناطيسي بتحريك يده من منطقة ذات مجال مغناطيسي منخفض للغاية إلى مجال 2.00 T في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي مع توجيه أصابعه في اتجاه المجال. ابحث عن متوسط emf المستحث في خاتم الزواج ، نظرًا لأن قطره يبلغ 2.20 سم وبافتراض أن الأمر يستغرق 0.250 ثانية لنقله إلى الحقل. (ب) ناقش ما إذا كان هذا التيار سيغير درجة حرارة الحلقة بشكل كبير.

بالإشارة إلى الموقف في المشكلة السابقة: (أ) ما هو التيار الذي يحدث في الحلقة إذا كانت مقاومتها 0.0100Ω0

؟ (ب) ما هو متوسط القوة التي تتبدد؟ (ج) ما هو المجال المغناطيسي المستحث في مركز الحلقة؟ (د) ما هو اتجاه المجال المغناطيسي المستحث بالنسبة إلى مجال التصوير بالرنين المغناطيسي؟ [4]