Det Lenzs lov fastslår, at polariteten af den elektromotoriske kraft induceret i et lukket kredsløb på grund af variationen i magnetfeltstrømmen er sådan, at den modsætter sig variationen i nævnte flux.
Det negative tegn, der går forud for Faradays lov, tager Lenzs lov i betragtning, da det kaldes Faraday-Lenzs lov, og som udtrykkes som følger:
Artikelindeks
ε repræsenterer den inducerede elektromotoriske kraft, forkortet som fem, Φ er magnetfeltstrømmen og t Det er tiden. Enheder i det internationale system (SI) til fem er volt (V).
For sin del magnetfeltstrømmen Φ er defineret af følgende prikprodukt:
I den viste ligning B er konstant og enheden til Φ i SI for magnetfeltstrømmen er weberen (W):
1 weber = 1 Tesla. undergrundsbaneto
En anden måde at udtrykke sig på Φ er den, der opnås ved anvendelse af definitionen af skalarprodukt:
Φ = B.A.cos θ
I denne ligning, B er magnetfeltets størrelse (uden fed eller pil for at skelne vektoren fra dens størrelse), A er arealet af overfladen, der krydses af feltet, og θ er vinklen mellem vektorerne B Y n.
Magnetfeltstrømmen kan varieres på forskellige måder over tid for at skabe en fem induceret i en sløjfe - et lukket kredsløb - i område A. For eksempel:
-Gør magnetfeltet variabelt over tid: B = B (t), holde området og vinklen konstant, så:
%7D%7Bdt%7D=-B.A.sen%5Ctheta)
Den umiddelbare anvendelse af Lenzs lov er at bestemme følelsen af fem eller induceret strøm uden behov for nogen beregning. Overvej følgende: du har en sløjfe midt i et magnetfelt, som det, der produceres af en stangmagnet.
Hvis magneten og sløjfen er i ro i forhold til hinanden, sker der intet, dvs. der vil ikke være nogen induceret strøm, fordi magnetfeltstrømmen forbliver konstant i dette tilfælde (se figur 2a). For at strøm kan induceres, skal strømmen variere.
Hvis der nu er en relativ bevægelse mellem magneten og sløjfen, enten ved at flytte magneten mod sløjfen eller mod magneten, vil der blive induceret strøm til at måle (figur 2b og fremefter).
Denne inducerede strøm genererer igen et magnetfelt, derfor vil vi have to felter: magnetens B1 i blå farve og den der er forbundet med strømmen skabt ved induktion Bto, i orange.
Reglen om højre tommelfinger gør det muligt at kende retningen af Bto, For at gøre dette placeres tommelfingeren på højre hånd i retning og retning af strømmen. De andre fire fingre angiver retningen, i hvilken magnetfeltet bøjes, i henhold til figur 2 (nedenfor).
Lad os sige, at magneten falder ned mod løkken med sin nordpol rettet mod den (figur 3). Magnetens feltlinjer forlader nordpolen N og går ind i sydpolen S. Så vil der være ændringer i Φ, fluxen skabt af B1 der går gennem løkken:Φ øges! Derfor oprettes et magnetfelt i sløjfen Bto med modsat hensigt.
Induceret strøm er mod uret, -røde pile i figur 2 og 3- i henhold til reglen om højre tommelfinger.
Lad os flytte magneten væk fra sløjfen og derefter dens Φ falder (figur 2c og 4), derfor løber løkken for at skabe et magnetfelt indeni Bto i samme retning for at kompensere. Derfor er den inducerede strøm hver time, som det kan ses i figur 4.
Hvad sker der, hvis magnetens position vendes? Hvis sydpolen peger mod sløjfen, peger feltet opad, siden linjerne i B i en magnet forlader de nordpolen og går ind i sydpolen (se figur 2d).
Umiddelbart informerer Lenzs lov om, at dette lodrette felt opad, der styrter mod sløjfen, vil fremkalde et modsat felt i det, det vil sige, Bto nedad og den inducerede strøm vil også være hver time.
Endelig flyttes magneten væk fra sløjfen, altid med sin sydpol, der peger mod indersiden af den. Derefter produceres et felt inde i sløjfen Bto for at hjælpe med at bevæge sig væk fra magneten ikke ændrer feltstrømmen i den. Så meget B1 Hvad Bto vil have den samme betydning (se figur 2d).
Læseren vil indse, at der som lovet ikke er foretaget nogen beregninger for at kende retningen for den inducerede strøm.
Heinrich Lenz (1804-1865) udførte adskillige eksperimentelle arbejder gennem sin videnskabelige karriere. De bedst kendte er dem, vi netop har beskrevet, dedikeret til at måle de magnetiske kræfter og effekter skabt ved pludselig at droppe en magnet midt i en løkke. Med sine resultater forfinede han Michael Faradays arbejde.
Det negative tegn i Faradays lov viser sig at være det mest anerkendte eksperiment i dag. Imidlertid gjorde Lenz meget arbejde inden for geofysik i sin ungdom, i mellemtiden havde han travlt med at smide magneter i spoler og rør. Han gjorde også undersøgelser af metallernes elektriske modstand og ledningsevne.
Især på de effekter, som stigningen i temperatur har på modstandsværdien. Han stoppede ikke med at observere, at når en ledning opvarmes, falder modstanden, og varmen spredes, noget som James Joule også observerede uafhængigt.
For altid at huske hans bidrag til elektromagnetisme er ud over den lov, der bærer hans navn, induktanser (spoler) betegnet med bogstavet L.
Det er et eksperiment, hvor det demonstreres, hvordan en magnet sænkes, når den frigives i et kobberrør. Når magneten falder, genererer den variationer i magnetfeltstrømmen inde i røret, som det sker med den aktuelle sløjfe..
Derefter oprettes en induceret strøm, der modsætter sig ændringen i strømning. Røret skaber sit eget magnetfelt til dette, som, som vi allerede ved, er forbundet med den inducerede strøm. Antag, at magneten frigøres med sydpolen nede, (figur 2d og 5).
Som et resultat skaber røret sit eget magnetfelt med en nordpol. ned og en sydpol opad, hvilket svarer til at skabe et dummy-par magneter, en over og en under den der falder.
Konceptet afspejles i den følgende figur, men det er nødvendigt at huske, at de magnetiske poler er uadskillelige. Hvis den nederste dukkemagnet har en nordpol nedad, ledsages den nødvendigvis af en sydpol opad..
Når modsætningerne tiltrækker og modsætningerne afviser, vil den faldende magnet blive frastødt og på samme tid tiltrukket af den øvre fiktive magnet.
Nettovirkningen vil altid bremse, selvom magneten frigøres med nordpolen nede..
Joule-Lenz-loven beskriver, hvordan en del af den energi, der er forbundet med den elektriske strøm, der cirkulerer gennem en leder, går tabt i form af varme, en effekt, der bruges i elektriske varmeapparater, strygejern, hårtørrer og elektriske brændere. Blandt andre apparater..
Alle har en modstand, glødetråd eller varmeelement, der opvarmes, når strømmen passerer..
I matematisk form, lad R varmeelementets modstand, jeg intensiteten af strømmen, der strømmer gennem den og t tid er mængden af varme produceret af Joule-effekten:
Q = Ito. R. t
Hvor Spørgsmål Det måles i joule (SI-enheder). James Joule og Heinrich Lenz opdagede denne effekt samtidigt omkring 1842.
Her er tre vigtige eksempler, hvor Faraday-Lenz-loven finder anvendelse:
En vekselstrømsgenerator omdanner mekanisk energi til elektrisk energi. Begrundelsen blev beskrevet i begyndelsen: En sløjfe roteres midt i et ensartet magnetfelt, som det, der skabes mellem de to poler i en stor elektromagnet. Når de bruges N du vender dig, den fem stiger proportionalt med N.
Når sløjfen drejer, ændrer vektoren, der er normal til overfladen, sin orientering i forhold til feltet og frembringer en fem det varierer sinusformet med tiden. Antag, at vinkelfrekvensen for rotation er ω, så når vi erstatter i ligningen, der blev givet i starten, vil vi have:
Det er en enhed, der gør det muligt at opnå en direkte spænding fra en skiftevis spænding. Transformeren er en del af utallige enheder, som f.eks. En mobiltelefonoplader, den fungerer som følger:
Der er to spoler viklet omkring en jernkerne, den ene kaldes primær og den anden Gymnasium. Det respektive antal drejninger er N1 og Nto.
Den primære spole eller vikling er forbundet med en skiftevis spænding (såsom f.eks. En stikkontakt i husholdningen) i formen VP = V1.cos ωt, forårsager en vekselstrøm af frekvens til at cirkulere inde i den ω.
Denne strøm skaber et magnetfelt, som igen forårsager en oscillerende magnetisk flux i den anden spole eller vikling med en sekundær spænding i formen VS = Vto.cos ωt.
Nu viser det sig, at magnetfeltet inde i jernkernen er proportionalt med det inverse af antallet af omdrejninger af den primære vikling:
B ∝ 1 / N1
Og sådan vil det være VP, spændingen over den primære vikling, mens den fem induceret VS i den anden vikling er den, som vi allerede ved, proportional med antallet af drejninger Nto og også til VP.
Så ved at kombinere disse proportionaliteter har vi et forhold mellem VS Y VP som afhænger af kvotienten mellem antallet af drejninger for hver enkelt, som følger:
VS = (Nto / N1) VP
De er enheder, der bruges i banker og lufthavne for sikkerhed. De registrerer tilstedeværelsen af ethvert metal, ikke kun jern eller nikkel. De fungerer takket være de inducerede strømme ved brug af to spoler: en sender og en modtager..
En højfrekvent vekselstrøm føres i senderspolen, så den genererer et skiftende magnetfelt langs aksen (se figur), som inducerer en strøm i modtagerspolen, noget mere eller mindre svarende til hvad der sker med transformeren.
Hvis et stykke metal placeres mellem begge spoler, vises der små inducerede strømme i det, kaldet hvirvelstrømme (som ikke kan strømme i en isolator). Den modtagende spole reagerer på magnetfelterne i den transmitterende spole og dem, der er skabt af virvelstrømme..
Virvelstrømme forsøger at minimere magnetfeltstrømmen i metalstykket. Derfor falder det felt, der opfattes af modtagerspolen, når et metalstykke er anbragt mellem begge spoler. Når dette sker, udløses en alarm, der advarer om tilstedeværelsen af et metal.
Der er en cirkulær spole med 250 omdrejninger med en radius på 5 cm, placeret vinkelret på et magnetfelt på 0,2 T. Bestem fem induceret, hvis magnetfeltets størrelse fordobles i et tidsinterval på 0,1 s og angiver strømens retning i henhold til følgende figur:
Først beregner vi størrelsen på den inducerede emf, derefter vil retningen af den tilhørende strøm blive angivet i henhold til tegningen.
N = 250 omdrejninger
A = π. Rto = s. (5 x 10-to m)to = 0,0079 mto.
cos θ = cos 0 = 1 (Vektoren n tages parallelt med B)
Da magnetfeltet fordobler sin størrelse, har vi:
Udskiftning af disse værdier i ligningen for størrelsen af fem induceret:
e = 250. 0,0079 mto . 2 T / s = 3,95 V
Da feltet er fordoblet, er magnetfeltstrømmen det samme, og derfor oprettes en induceret strøm i sløjfen, der modsætter sig stigningen..
Feltet i figuren peger ind på skærmen. Feltet oprettet af den inducerede strøm skal forlade skærmen under anvendelse af højre tommelfingerregel, det følger heraf, at den inducerede strøm er mod uret.
En firkantet vikling består af 40 omdrejninger på 5 cm på hver side, der roterer med en frekvens på 50 Hz midt i et ensartet felt med en størrelse på 0,1 T. Indledningsvis er spolen vinkelret på feltet. Hvad vil være udtrykket for fem induceret?
Fra tidligere afsnit blev dette udtryk udledt:
ε = N.B.A. ω. sen ωt
A = (5 x 10-to m)to = 0,0025 mto
N = 40 omdrejninger
ω = 2π.f = 2π.50 Hz = 100s s-1
B = 0,1 T.
ε = 40 x 0,1 x 0,0025 x 100π x sin 50.t =s . sin 100π.t V
Endnu ingen kommentarer