Legea lui Lenz stabilește că polaritatea forței electromotoare indusă într-un circuit închis, datorită variației fluxului de câmp magnetic, este de așa natură încât se opune variației fluxului menționat.
Semnul negativ care precede legea lui Faraday ia în considerare legea lui Lenz, fiind motivul pentru care se numește legea lui Faraday-Lenz și care este exprimat după cum urmează:
Indice articol
ε reprezintă forța electromotivă indusă, prescurtată ca fem, Φ este fluxul câmpului magnetic și t Este timpul. Unități din sistemul internațional (SI) pentru fem sunt voltii (V).
La rândul său, fluxul de câmp magnetic Φ este definit de următorul produs dot:
În ecuația prezentată B este constantă și unitatea pentru Φ în SI pentru fluxul câmpului magnetic este weber (W):
1 weber = 1 Tesla. metrouDouă
Un alt mod de a exprima Φ este cel obținut atunci când se utilizează definiția produsului scalar:
Φ = B.A.cos θ
În această ecuație, B este magnitudinea câmpului magnetic (fără bold sau săgeată, pentru a distinge vectorul de magnitudinea sa), A este aria suprafeței traversate de câmp și θ este unghiul dintre vectori B Da n.
Fluxul câmpului magnetic poate fi variat în diferite moduri în timp pentru a crea un fem indus într-o buclă - un circuit închis - al zonei A. De exemplu:
-Modificarea câmpului magnetic în timp: B = B (t), menținând zona și unghiul constant, atunci:
%7D%7Bdt%7D=-B.A.sen%5Ctheta)
Aplicarea imediată a legii lui Lenz este de a determina sensul fem sau curent indus fără a fi nevoie de niciun calcul. Luați în considerare următoarele: aveți o buclă în mijlocul unui câmp magnetic, cum ar fi cel produs de un magnet cu bare.
Dacă magnetul și bucla sunt în repaus unul față de celălalt, nu se întâmplă nimic, adică nu va exista curent indus, deoarece fluxul câmpului magnetic rămâne constant în acest caz (vezi figura 2a). Pentru ca curentul să fie indus, fluxul trebuie să varieze.
Acum, dacă există o mișcare relativă între magnet și buclă, fie prin deplasarea magnetului spre buclă, fie spre magnet, va exista curent indus de măsurat (Figura 2b în continuare).
La rândul său, acest curent indus generează un câmp magnetic, prin urmare vom avea două câmpuri: cel al magnetului B1 în culoare albastră și cea asociată cu curentul creat prin inducție BDouă, în portocaliu.
Regula degetului mare drept permite cunoașterea direcției BDouă, Pentru a face acest lucru, degetul mare al mâinii drepte este plasat în direcția și direcția curentului. Celelalte patru degete indică direcția în care se îndoaie câmpul magnetic, conform figurii 2 (de mai jos).
Să presupunem că magnetul este scăpat spre buclă cu polul său nord îndreptat spre el (figura 3). Liniile de câmp ale magnetului părăsesc polul nord N și intră în polul sud S. Apoi vor exista modificări în Φ, fluxul creat de B1 care trece prin buclă:Φ creste! Prin urmare, un câmp magnetic este creat în buclă BDouă cu intenție opusă.
Curentul indus este în sens invers acelor de ceasornic, săgeți roșii din figurile 2 și 3-, conform regulii degetului mare drept.
Să îndepărtăm magnetul de buclă și apoi de acesta Φ scade (figurile 2c și 4), prin urmare bucla se grăbește pentru a crea un câmp magnetic în interior BDouă în aceeași ordine de idei, pentru a compensa. Prin urmare, curentul indus este orar, după cum se poate vedea în figura 4.
Ce se întâmplă dacă poziția magnetului este inversată? Dacă polul sud indică spre buclă, câmpul indică în sus, din moment ce liniile lui B într-un magnet părăsesc polul nord și intră în polul sud (vezi figura 2d).
Imediat legea lui Lenz informează că acest câmp vertical în sus, grăbindu-se spre buclă, va induce un câmp opus în el, adică, BDouă în jos și curentul indus va fi, de asemenea, orar.
În cele din urmă, magnetul este îndepărtat de buclă, întotdeauna cu polul său orientat spre interiorul acestuia. Apoi, un câmp este produs în interiorul buclei BDouă pentru a ajuta ca îndepărtarea de magnet să nu schimbe fluxul de câmp din el. Atâta B1 Ce BDouă va avea același sens (vezi figura 2d).
Cititorul își va da seama că, așa cum a promis, nu s-au făcut calcule pentru a cunoaște direcția curentului indus.
Heinrich Lenz (1804-1865) a efectuat numeroase lucrări experimentale de-a lungul carierei sale științifice. Cele mai cunoscute sunt cele pe care tocmai le-am descris, dedicate măsurării forțelor și efectelor magnetice create prin aruncarea bruscă a unui magnet în mijlocul unei bucle. Cu rezultatele sale, el a rafinat munca făcută de Michael Faraday.
Acest semn negativ din legea lui Faraday se dovedește a fi cel mai recunoscut experiment pentru ziua de azi. Cu toate acestea, Lenz a făcut multă muncă în Geofizică în tinerețe, în timp ce era ocupat să arunce magneți în colaci și tuburi. De asemenea, a făcut studii privind rezistența electrică și conductivitatea metalelor.
În special, asupra efectelor pe care creșterea temperaturii le are asupra valorii rezistenței. El nu a încetat să observe că atunci când un fir este încălzit, rezistența scade și căldura este disipată, lucru pe care James Joule l-a observat și el independent.
Pentru a-și aminti întotdeauna contribuțiile sale la electromagnetism, pe lângă legea care îi poartă numele, inductanțele (colacii) sunt notate cu litera L.
Este un experiment în care se demonstrează modul în care un magnet încetinește atunci când este eliberat într-un tub de cupru. Când magnetul cade, generează variații ale fluxului de câmp magnetic în interiorul tubului, așa cum se întâmplă cu bucla de curent..
Apoi se creează un curent indus care se opune schimbării fluxului. Tubul își creează propriul său câmp magnetic, care, așa cum știm deja, este asociat cu curentul indus. Să presupunem că magnetul este eliberat cu polul sud în jos, (Figurile 2d și 5).
Ca rezultat, tubul își creează propriul câmp magnetic cu un pol nord. jos și un pol sud în sus, ceea ce echivalează cu crearea unei perechi de magneți, unul deasupra și unul sub cel care cade.
Conceptul se reflectă în figura următoare, dar este necesar să ne amintim că polii magnetici sunt inseparabili. Dacă magnetul fals inferior are un pol nord în jos, acesta va fi însoțit în mod necesar de un pol sud în sus..
Pe măsură ce contrariile atrag și contrariile se resping, magnetul care cade va fi respins și, în același timp, atras de magnetul fictiv superior.
Efectul net va fi întotdeauna de frânare, chiar dacă magnetul este eliberat cu polul nord în jos..
Legea Joule-Lenz descrie modul în care o parte din energia asociată curentului electric care circulă printr-un conductor se pierde sub formă de căldură, efect care este utilizat în încălzitoarele electrice, fiare de călcat, uscătoare de păr și arzătoare electrice..
Toate au o rezistență, filament sau element de încălzire care se încălzește la trecerea curentului..
În formă matematică, let R rezistența elementului de încălzire, Eu intensitatea curentului care curge prin el și t timp, cantitatea de căldură produsă de efectul Joule este:
Î = IDouă. R. t
Unde Î Se măsoară în jouli (unități SI). James Joule și Heinrich Lenz au descoperit acest efect simultan în jurul anului 1842.
Iată trei exemple importante în care se aplică legea Faraday-Lenz:
Un generator de curent alternativ transformă energia mecanică în energie electrică. Rațiunea a fost descrisă la început: o buclă este rotită în mijlocul unui câmp magnetic uniform, ca cel creat între cei doi poli ai unui electromagnet mare. Când sunt folosite N te întorci, fem crește proporțional cu N.
Pe măsură ce bucla se rotește, vectorul normal la suprafața sa își schimbă orientarea față de câmp, producând un fem care variază sinusoidal în timp. Să presupunem că frecvența unghiulară de rotație este ω, atunci când substituim ecuația care a fost dată la început, vom avea:
Este un dispozitiv care permite obținerea unei tensiuni directe dintr-o tensiune alternativă. Transformatorul face parte din nenumărate dispozitive, cum ar fi un încărcător de telefon mobil, de exemplu, funcționează după cum urmează:
Există două bobine înfășurate în jurul unui miez de fier, unul se numește primar si celalalt liceu. Numărul respectiv de ture este N1 si nDouă.
Bobina primară sau înfășurarea este conectată la o tensiune alternativă (cum ar fi o priză electrică de uz casnic, de exemplu) sub formă VP = V1.cos ωt, determinând un curent alternativ de frecvență să circule în interiorul acestuia ω.
Acest curent creează un câmp magnetic care la rândul său provoacă un flux magnetic oscilant în a doua bobină sau înfășurare, cu o tensiune secundară a formei VS = VDouă.cos ωt.
Acum, se dovedește că câmpul magnetic din interiorul miezului de fier este proporțional cu inversul numărului de rotații ale înfășurării primare:
B ∝ 1 / N1
Și așa va fi VP, tensiunea pe înfășurarea primară, în timp ce fem induse VS în a doua înfășurare este proporțională, după cum știm deja, cu numărul de ture NDouă și, de asemenea, la VP.
Așadar, combinând aceste proporționalități avem o relație între VS Da VP care depinde de coeficientul dintre numărul de ture ale fiecăruia, după cum urmează:
VS = (NDouă / N1) VP
Sunt dispozitive utilizate în bănci și aeroporturi pentru securitate. Ei detectează prezența oricărui metal, nu doar a fierului sau a nichelului. Acestea funcționează datorită curenților induși, prin utilizarea a două bobine: un emițător și un receptor..
Un curent alternativ de înaltă frecvență este trecut în bobina emițătorului, astfel încât acesta generează un câmp magnetic alternativ de-a lungul axei (a se vedea figura), care induce un curent în bobina de recepție, ceva mai mult sau mai puțin similar cu ceea ce se întâmplă cu transformatorul.
Dacă o bucată de metal este plasată între ambele bobine, apar în ea mici curenți induși, numiți curenți turbionari (care nu pot curge într-un izolator). Bobina receptoare răspunde la câmpurile magnetice ale bobinei de transmisie și la cele create de curenții turbionari..
Curenții turbionari încearcă să minimizeze fluxul de câmp magnetic din bucata de metal. Prin urmare, câmpul perceput de bobina receptoare scade atunci când o piesă metalică este interpusă între ambele bobine. Când se întâmplă acest lucru, se declanșează o alarmă care avertizează asupra prezenței unui metal.
Există o bobină circulară cu 250 de rotații cu o rază de 5 cm, situată perpendicular pe un câmp magnetic de 0,2 T. Determinați fem indusă dacă într-un interval de timp de 0,1 s, magnitudinea câmpului magnetic se dublează și indică direcția curentului, conform figurii următoare:
Mai întâi vom calcula magnitudinea emf indus, apoi direcția curentului asociat va fi indicată conform desenului.
N = 250 spire
A = π. RDouă = p. (5 x 10-Două m)Două = 0,0079 mDouă.
cos θ = cos 0 = 1 (Vectorul n este luat paralel cu B)
Deoarece câmpul magnetic își dublează magnitudinea, avem:
Înlocuind aceste valori în ecuația pentru magnitudinea fem induse:
ε = 250. 0,0079 mDouă . 2 T / s = 3,95 V
Deoarece câmpul s-a dublat, la fel și fluxul de câmp magnetic, prin urmare se creează un curent indus în bucla care se opune creșterii menționate..
Câmpul din figură arată în ecran. Câmpul creat de curentul indus trebuie să părăsească ecranul, aplicând regula degetului mare drept, rezultă că curentul indus este în sens invers acelor de ceasornic.
O înfășurare pătrată este alcătuită din 40 de rotații de 5 cm pe fiecare parte, care se rotesc cu o frecvență de 50 Hz în mijlocul unui câmp uniform de magnitudine 0,1 T. Inițial bobina este perpendiculară pe câmp. Care va fi expresia pentru fem induse?
Din secțiunile anterioare s-a dedus această expresie:
ε = N.B.A. ω. sen ωt
A = (5 x 10-Două m)Două = 0,0025 mDouă
N = 40 de spire
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 . păcatul 100π.t V
Nimeni nu a comentat acest articol încă.