Перейти к содержанию

Правило Ленца

Закон Фарадея говорит, сколько ЭДС наводит меняющийся магнитный поток, а правило Ленца — в какую сторону. Наведённый ток всегда мешает изменению, которое его вызвало, и это прямо следует из закона сохранения энергии.

Обновлено Редакция GAW

Правило Ленца: наведённая ЭДС создаёт в контуре ток, который противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему эту ЭДС (OpenStax, раздел 13.2). Именно оно задаёт знак минус в законе электромагнитной индукции:

ε=−dΦdt.\varepsilon = -\frac{d\Phi}{dt}.

Правило назвали в честь Генриха Ленца; Фарадей открыл его независимо.

Почему так

Правило следует из закона сохранения энергии. Если вдвигать магнит в катушку, наведённый ток создаёт поле, которое отталкивает магнит, и на движение приходится тратить работу — она и превращается в энергию тока. Будь направление обратным, магнит втягивался бы сам и создавал ток без затрат, а это невозможно.

Что происходитКак реагирует наведённый ток
Поток через контур растётсоздаёт поле против нарастания
Поток уменьшаетсяподдерживает убывающий поток
Ток катушки растётЭДС самоиндукции мешает нарастанию
Ток катушки обрываютЭДС самоиндукции пытается его сохранить

Где это видно в схемах

Самый частый случай — катушка реле, двигателя или дросселя. По правилу Ленца ЭДС самоиндукции сопротивляется изменению тока (индуктивность): при резком обрыве она становится очень большой и может пробить транзистор. Поэтому параллельно катушке ставят обратный диод, который даёт току плавно спасть.

Частые вопросы

Как правило Ленца связано с законом сохранения энергии?

Если бы наведённый ток помогал изменению потока, вдвигаемый в катушку магнит сам бы в неё втягивался и при этом создавал ток — энергия появлялась бы из ничего. Поэтому наведённый ток всегда мешает изменению, и на перемещение магнита приходится тратить работу, которая и превращается в энергию тока.

Почему при отключении катушки реле появляется выброс напряжения?

По правилу Ленца ЭДС самоиндукции противодействует уменьшению тока и пытается его сохранить. Если путь току резко оборвать, она становится очень большой и может пробить ключ. Обратный диод даёт току путь, и он спадает плавно.

Что означает минус в законе Фарадея?

Именно правило Ленца: наведённая ЭДС направлена так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока. Модуль ЭДС считают по скорости изменения потока, а направление удобнее определять по правилу Ленца.

Источники

  1. OpenStax. University Physics Volume 2, section 13.2: Lenz's Law — наведённая ЭДС создаёт в контуре ток, всегда противодействующий изменению магнитного потока, которое её вызвало; закон открыл Генрих Ленц (1804–1865), независимо — Фарадей; правило следует из сохранения энергии: иначе магнит втягивался бы сам и создавал ток без затраты работы; модуль ЭДС — |dΦ/dt|, направление — по правилу Ленца
  2. OpenStax. University Physics Volume 2, section 14.2: Self-Inductance and Inductors — ЭДС самоиндукции ε = −L·dI/dt; знак минус — противодействие изменению тока

Нашли ошибку?

Смотрите также