قانون لنز

قانون لنز كه در مورد جريانهاي القايي بكار مي‌رود چنين بيان مي‌شود كه جريان القايي در مدارهاي بسته در جهتي است كه با عامل بوجود آورنده خود مخالفت مي‌كند. اين قانون علامت منفي موجود در قانون فاراده را توجيه مي‌كند. مقدمه طبق قوانين القاي الكترومغناطيسي اگر شارمغناطيسي گذرا از مدار تغيير كند، نيرو محركه الكتريكي در مدار جاري مي شود. با برقراري نيرو محركه القايي در مدار، جريان الكتريكي القايي در آن جاري مي شود. طبق قانون لنز جهت جريان القايي در مدار در جهتي است كه ميدان مغناطيسي حاصل از آن با تغييرات شار مغناطيسي گذرا از مدار مخالفت مي كند. اگر چكشي را از بالاي نردباني رها كنيم، هيچ نيازي به قاعده‌اي كه بگويد چكش به طرف مركز زمين يا در جهت مخالف آن حركت مي‌كند، نداريم. اگر در اين موقع كسي از ما بپرسد كه از كجا مي‌دانيد كه چكش سقوط خواهد كرد، بهترين پاسخي كه مي‌توانيم بدهيم اين است كه بگوييم، هميشه به اين صورت بوده است و اگر بخواهيم جوابمان علمي‌تر باشد، مي‌توانيم بگوييم كه زماني كه چكش سقوط مي‌كند، انرژي پتانسيل گرانشي آن كاهش مي‌يابد و برعكس انرژي جنبشي آن افزايش پيدا مي‌كند.

. امااگر چكش به جاي سقوط ، به طرف بالا برود، در اين صورت انرژي جنبشي و انرژي پتانسيلآن هر دو افزايش پيدا مي‌كنند و اين موضوع پايستگي يا بقاي انرژي را نقض مي‌كند. استدلال مشابه را مي‌توان در مورد تعيين جهت نيروي محركه الكتريكي كه با تغيير شارمغناطيسي در يك مدار القا مي‌شود، بكار برد، يعني در اين مورد اخير نيروي محركهالقايي بايد در جهتي باشد كه با اصل پايستگي سازگار باشد و اين با استفاده از قانونلنز توضيح داده مي‌شود. تاريخچه در سال 1834 ، يعني سه سال بعد از اين كه فارادهقانون القا خود را ارائه داد (قانون القا فاراده)، هاينريش فريدريش لنز (Heinrich Friedrich Lenz) قاعده معروف خود را كه به قانون لنز معروف است، براي تعيين جهتجريان القايي در يك حلقه رساناي بسته ارائه داد. اين قانون به صورت يك علامت منفيدر قانون القاي فاراده ظاهر مي‌گردد. به اين معني كه در رابطه نيروي محركه القايييك علامت منفي قرار داده و اعلام كنند كه اين علامت بيانگر قانون لنز است. تشريحقانون لنز حلقه رسانايي را در نظر بگيريد كه به يك گالوانومتر حساس متصل است. حالآهنربايي را در دست گرفته و به آرامي به اين حلقه ، نزديك كنيد. ملاحظه مي‌گردد كهبا نزديك شدن آهنربا به حلقه عقربه گالوانومتر منحرف شده و وجود جرياني را در مدارنشان مي‌دهد. اين جريان را جريان القايي مي‌گويند. حلقه جريان ، مانند آهنربايميله‌اي ، داراي قطب‌هاي شمال و جنوب است. حال اگر آهنربا را از حلقه دور كنيم، بازهم گالوانومتر منحرف مي‌شود، اما اين بار انحراف در جهت مخالف است و اين امر نشاندهنده اين مطلب است كه جريان در جهت مخالف در حلقه جاري شده است. اگر ميله آهنربارا سر و ته كنيم و آزمايش را تكرار كنيم، باز همان نتايج حاصل خواهد شد، جز اين كهجهت انحراف‌هاي عقربه گالوانومتر عوض خواهند شد. براي تشريح اين آزمايش با استفادهاز قانون لنز به صورت زير عمل مي‌كنيم: زماني كه آهنربا را به آرامي به حلقه نزديكمي‌كنيم، تعداد خطوط شار مغناطيسي كه از حلقه مي‌گذرد، تغيير مي‌كند و همين امر سببايجاد يا القا جريان در حلقه مي‌شود و چون در ابتدا هيچ جرياني وجود نداشت، اينجريان بايد در جهتي باشد كه با هل دادن آهنربا به سمت حلقه مخالفت كند. برعكس ، اگربخواهيم آهنربا را از حلقه دور كنيم، باز جهت جريان در حلقه عوض شده و از دور كردنآن جلوگيري مي‌كند. يعني در حالت اول اگر قطب N آهنرباي ميله‌اي در طرف حلقه باشد،جريان القايي در حلقه به گونه‌اي خواهد بود كه در برابر آن يك قطب N ايجاد كند تامانع نزديك شدن آهنربا شود. حال زماني كه آهنربا را از حلقه دور مي‌كنيم، حلقه جهتجريان خود را عوض نموده و با ايجاد قطب S ، آهنربا را جذب كرده و مانع از دور كردنآن مي‌شود. قانون لنز و پايستگي انرژي اگر توضيحات فوق بر اساس قانون لنز نبوده وعكس آن چيزي كه گفته شد، اتفاق بيفتد، يعني اگر جريان القايي به تغييري كه باعثبوجود آمدن آن شده است، كمك كند، قانون بقاي انرژي نقض مي‌شود، يعني اگر هنگامنزديك كردن قطب آهنربا به حلقه در برابر آن قطب مخالف S ايجاد شده و آهنربا را جذبكند، در اين صورت آهنربا بايد به طرف حلقه شتاب پيدا كند و رفته رفته انرژي جنبشيآن افزايش پيدا كند و در همين هنگام انرژي گرمايي نيز ظاهر مي‌شود. يعني در واقع ازهيچ ، انرژي بوجود مي‌آيد. بديهي است كه چنين عملي هرگز نمي‌تواند درست باشد. بنابراين مي‌توان گفت كه قانون لنز چيزي جز بيان اصل بقاي انرژي نيست كه بطور مناسبدر مورد مدارهاي حامل جريان القايي بكار مي‌رود. ويژگي قانون لنز قانون لنز مربوطبه جريانهاي القايي است و در مورد نيروي محركه القايي صادق نيست، يعني اين قانونفقط در مورد حلقه‌هاي رسانا بكار مي‌رود. اگر مدار باز باشد، معمولا مي‌توان تصوركرد كه اگر بسته بود چه اتفاقي مي‌افتاد و بدين وسيله جهت نيروي محركه القايي رامعين نمود. مثلا اگر شار مغناطيسي گذرا از مدار به صورت درون سو باشد و كاهش پيداكند، جريان الكتريكي در مدار القا مي شود، كه جهت اين جريان القايي به صورت ساعتگردخواهد بود تا ميدان مغناطيسي حاصل از آن باعث تقويت ميدان مغناطيسي شار گذرا ازمدار باشد. و اگر اين شار افزايش يابد، جهت جريان القايي در جهتي خواهد بود كهميدان مغناطيسي حاصل از آن بر خلاف جهت ميدان شار باشد. پس جهت جريان پاد ساعتگرداست. بنابراين براي تشخيص جهت جريان القايي كافيست، با توجه به ميدان شار گذرا ازمدار، جريان را در جهتي اختيار كنيم كه ميدان مغناطيسي حاصل از آن با برخلافتغييرات ميدان مغناطيسي شار باشد.

قانون لنز

مطالب مشابه :

4 قانون مهم فیزیکی