BATAS NI LENZ: FORMULA, EQUATION, APPLICATION, HALIMBAWA - PISIKAL - 2025

Ang batas ng Lenz ay nagsasaad na ang polaridad ng sapilitan na puwersa ng elektromotiko sa isang saradong circuit dahil sa pagkakaiba-iba sa magnetic field flux ay tulad ng tumututol sa pagbabago sa nasabing daloy.

Ang negatibong tanda na nauna sa batas ng Faraday ay isinasaalang-alang ang batas ni Lenz, na ang dahilan kung bakit tinawag itong batas na Faraday-Lenz at naipapahayag bilang mga sumusunod:

Larawan 1. Ang isang toroidal coil ay may kakayahang magpaimpluwensya ng mga alon sa iba pang mga conductor. Pinagmulan: Pixabay.

Mga formula at equation

Sa equation na ito, ang B ay ang magnitude ng magnetic field (nang walang naka-bold o arrow, upang makilala ang vector mula sa magnitude nito), A ay ang lugar ng ibabaw na natawid ng patlang, at ang θ ay ang anggulo sa pagitan ng mga vectors B at n .

Ang magnetic field flux ay maaaring iba-iba sa iba't ibang mga paraan sa paglipas ng panahon, upang lumikha ng isang sapilitan na emf sa isang loop - isang saradong loop - ng lugar A. Halimbawa:

-Ang paggawa ng magnetic field variable na may oras: B = B (t), pinapanatili ang lugar at ang anggulo ay pare-pareho, kung gayon:

Aplikasyon

Ang agarang aplikasyon ng batas ni Lenz ay upang matukoy ang direksyon ng sapilitan na emf o kasalukuyang walang pangangailangan para sa anumang pagkalkula. Isaalang-alang ang sumusunod: mayroon kang isang loop sa gitna ng isang magnetic field, tulad ng ginawa ng isang magnet na bar.

Larawan 2. Paglalapat ng Batas ni Lenz. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Kung ang magnet at ang loop ay nagpapahinga na may kaugnayan sa bawat isa, walang mangyayari, iyon ay, walang magiging sapilitan na kasalukuyang, dahil ang magnetic field flux ay nananatiling pare-pareho sa kasong iyon (tingnan ang figure 2a). Para sa kasalukuyang ma-impluwensyado, ang pagkilos ng bagay ay dapat mag-iba.

Ngayon, kung mayroong isang kamag-anak na paggalaw sa pagitan ng magnet at loop, alinman sa pamamagitan ng paglipat ng magnet patungo sa loop, o patungo sa magnet, ay maaudyok na kasalukuyang upang masukat (Larawan 2b pataas).

Ang sapilitan sa kasalukuyan ay bumubuo ng isang magnetic field, samakatuwid magkakaroon kami ng dalawang larangan: ang magnet B ₁ sa asul at ang isa na nauugnay sa kasalukuyang nilikha ng induction B ₂ , sa orange.

Ang patakaran ng kanang hinlalaki ay nagbibigay-daan sa pag-alam ng direksyon ng B ₂ , para dito ang hinlalaki ng kanang kamay ay inilalagay sa direksyon at direksyon ng kasalukuyang. Ang iba pang apat na daliri ay nagpapahiwatig ng direksyon kung saan ang magnetic field ay nakayuko, ayon sa figure 2 (sa ibaba).

Paggalaw ng magneto sa pamamagitan ng loop

Sabihin natin na ang magnet ay nahulog patungo sa loop kasama ang north poste na itinuro patungo dito (figure 3). Ang mga linya ng patlang ng magnet ay umalis sa hilagang poste N at pumasok sa southern poste S. Pagkatapos ay magkakaroon ng mga pagbabago sa Φ, ang pagkilos ng bagay na nilikha ng B _{1 sa} pamamagitan ng loop: the pagtaas! Samakatuwid sa loop isang magnetic field B _{2 ay nilikha na} may kabaligtaran na hangarin.

Larawan 3. Ang magnet ay gumagalaw patungo sa loop kasama ang north poste patungo dito. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang sapilitan na kasalukuyang nagpapatakbo ng hindi maikakait, na-arrow na mga arrow sa Mga Figure 2 at 3-, ayon sa tamang panuntunan ng hinlalaki.

Inilipat namin ang magnet na malayo sa loop at pagkatapos nito ay bumababa (mga figure 2c at 4), samakatuwid ang loop ay nagmamadali upang lumikha ng isang magnetic field B ₂ sa parehong direksyon, upang mabayaran. Samakatuwid, ang sapilitan kasalukuyang ay bawat oras, tulad ng ipinapakita sa figure 4.

Figure 4. Ang magnet ay lumilipat palayo sa loop, palaging kasama ang north poste na tumuturo patungo dito. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang pagtalikod sa posisyon ng magnet

Ano ang mangyayari kung ang posisyon ng magnet ay baligtad? Kung ang timog na poste ay tumuturo patungo sa loop, ang patlang ay tumuturo sa paitaas, dahil ang mga linya ng B sa isang magnet ay umalis sa hilagang poste at pumasok sa southern poste (tingnan ang figure 2d).

Agad na ipinapaalam sa batas ni Lenz na ang patayong patlang na ito pataas, na nagmamadali patungo sa loop, ay magdudulot ng isang kabaligtaran na patlang sa loob nito, iyon ay, B ₂ pababa at ang sapilitan sa kasalukuyang ay magiging oras-oras din.

Sa wakas ang magnet ay lumilipat palayo sa loop, palaging kasama ang timog na poste na tumuturo patungo sa loob nito. Pagkatapos ang isang patlang B ₂ ay ginawa sa loob ng loop upang makatulong na matiyak na ang paglipat mula sa magnet ay hindi mababago ang pagkilos ng patlang sa loob nito. Parehong B ₁ at B ₂ ay magkakaroon ng magkatulad na kahulugan (tingnan ang figure 2d).

Napagtanto ng mambabasa na, tulad ng ipinangako, walang mga kalkulasyon na ginawa upang malaman ang direksyon ng sapilitan na kasalukuyang.

Mga Eksperimento

Si Heinrich Lenz (1804-1865) ay nagsagawa ng maraming mga eksperimentong gawa sa buong karera sa siyensya. Ang pinakamahusay na kilala ay ang mga na ating inilarawan lamang, na nakatuon sa pagsukat ng mga magnetic na puwersa at mga epekto na nilikha ng biglang pagbagsak ng isang magnet sa gitna ng isang loop. Sa kanyang mga resulta pinino niya ang gawa na ginawa ni Michael Faraday.

Ang negatibong pag-sign na ito sa batas ng Faraday ay naging eksperimento kung saan siya ay kinikilala ngayon. Gayunpaman, si Lenz ay gumawa ng maraming trabaho sa geophysics sa kanyang kabataan, samantala, siya ay nakikibahagi sa pagbagsak ng mga magnet sa mga coils at tubes. Ginawa rin niya ang mga pag-aaral sa elektrikal na pagtutol at kondaktibiti ng mga metal.

Sa partikular, sa mga epekto na ang pagtaas ng temperatura ay may halaga ng paglaban. Hindi siya nabigo na obserbahan na kapag ang isang wire ay pinainit, bumababa ang pagtutol at ang init ay nawala, isang bagay na napansin din ni James Joule nang nakapag-iisa.

Upang laging alalahanin ang kanyang mga kontribusyon sa electromagnetism, bilang karagdagan sa batas na nagdala ng kanyang pangalan, inductances (coils) ay tinukoy ng liham L.

Tube ng Lenz

Ito ay isang eksperimento kung saan ipinakita kung paano bumabagal ang isang magnet kapag inilabas ito sa isang tubo na tanso. Kapag bumagsak ang magnet, bumubuo ito ng mga pagkakaiba-iba sa magnetic field flux sa loob ng tubo, tulad ng nangyayari sa kasalukuyang loop.

Pagkatapos ang isang sapilitan kasalukuyang ay nilikha na tumututol sa pagbabago ng daloy. Ang tubo ay lumilikha ng sariling magnetic field para dito, na, tulad ng alam na natin, ay nauugnay sa sapilitan kasalukuyang. Ipagpalagay na ang magnet ay inilabas kasama ang timog na poste pababa, (Mga figure 2d at 5).

Larawan 5. Ang tubo ni Lenz. Pinagmulan: F. Zapata.

Bilang isang resulta, ang tubo ay lumilikha ng sarili nitong magnetic field na may isang hilagang poste pababa at isang timog na poste, na katumbas ng paglikha ng isang pares ng mga dummy magnet, ang isa sa itaas at ang isa sa ibaba ng bumabagsak.

Ang konsepto ay makikita sa mga sumusunod na pigura, ngunit kinakailangan na tandaan na ang mga magnetic pole ay hindi maihahiwalay. Kung ang mas mababang pang-akit na pang-akit ay may hilagang poste pababa, kinakailangang sasamahan ito ng isang poste sa timog.

Habang umaakit at kinontra ng mga magkontra, ang bumabagsak na pang-akit ay aalisin, at kasabay nito ay naaakit ng pang-itaas na pang-akit na pang-akit.

Ang net epekto ay palaging pagpepreno kahit na ang magnet ay pinakawalan gamit ang north pole pababa.

Joule-Lenz batas

Inilalarawan ng batas ng Joule-Lenz kung paano ang bahagi ng enerhiya na nauugnay sa electric current na nagpapalipat-lipat sa pamamagitan ng isang conductor ay nawala sa anyo ng init, isang epekto na ginagamit sa mga electric heaters, irons, hair dryers at electric burner. bukod sa iba pang mga gamit.

Ang lahat ng mga ito ay may isang pagtutol, filament o elemento ng pag-init na pinapainit habang ang mga kasalukuyang pumasa.

Sa anyo ng matematika, hayaan ang R ang paglaban ng elemento ng pag-init, ako ang intensity ng kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan nito at sa oras, ang dami ng init na ginawa ng Joule na epekto ay:

Kung saan ang Q ay sinusukat sa mga joules (SI unit). Natuklasan nina James Joule at Heinrich Lenz ang epektong ito nang sabay-sabay noong 1842.

Mga halimbawa

Narito ang tatlong mahahalagang halimbawa kung saan naaangkop ang batas ng Faraday-Lenz:

Alternating kasalukuyang generator

Ang isang kahaliling kasalukuyang generator ay nagbabago ng lakas ng makina sa elektrikal na enerhiya. Ang katwiran ay inilarawan sa simula: ang isang loop ay pinaikot sa gitna ng isang pantay na patlang na magnetic, tulad ng nilikha sa pagitan ng dalawang mga poste ng isang malaking electromagnet. Kapag ginamit ang N turn, ang emf ay nagdaragdag ng proporsyonal sa N.

Larawan 6. Ang alternating kasalukuyang generator.

Habang umiikot ang loop, ang vector normal sa ibabaw nito ay nagbabago ng orientation na nauugnay sa bukid, na gumagawa ng isang emf na nag-iiba-iba ang sinusoidally sa oras. Ipagpalagay na ang angular frequency ng pag-ikot ay ω, pagkatapos ay sa pamamagitan ng paghahalili sa equation na ibinigay sa simula, magkakaroon kami:

Transformer

Ito ay isang aparato na nagbibigay-daan sa pagkuha ng isang direktang boltahe mula sa isang alternating boltahe. Ang transpormer ay bahagi ng hindi mabilang na mga aparato, tulad ng isang charger ng cell phone, halimbawa, ito ay gumagana tulad ng sumusunod:

Mayroong dalawang likid na sugat sa paligid ng isang bakal na bakal, ang isa ay tinatawag na pangunahing at ang iba pang pangalawang. Ang kaukulang bilang ng mga liko ay N ₁ at N ₂ .

Ang pangunahing likid o paikot-ikot ay konektado sa isang alternatibong boltahe (tulad ng socket ng kuryente sa sambahayan, halimbawa) sa form V _P = V ₁ .

Ang kasalukuyang ito ay lumilikha ng isang magnetic field na naman ay nagiging sanhi ng isang oscillating magnetic flux sa pangalawang coil o paikot-ikot, na may pangalawang boltahe ng form V _S = V ₂ .cos ωt.

Ngayon, lumiliko na ang magnetic field sa loob ng iron core ay proporsyonal sa kabaligtaran ng bilang ng mga liko ng pangunahing paikot-ikot:

At gayon din ang V _P , ang boltahe sa pangunahing paikot-ikot, habang ang sapilitan na emf V _S sa pangalawang paikot-ikot ay proporsyonal, tulad ng alam na natin, sa bilang ng mga lumiliko N ₂ at din sa V _P.

Kaya ang pagsasama-sama ng mga proporsyonalidad na ito ay mayroon kaming ugnayan sa pagitan ng V _S at V _P na nakasalalay sa malinaw sa pagitan ng bilang ng mga liko ng bawat isa, tulad ng sumusunod:

Larawan 7. Ang transpormer. Pinagmulan: Wikimedia Commons. KundaliniZero

Ang detektor ng metal

Ang mga ito ay mga aparato na ginagamit sa mga bangko at paliparan para sa seguridad. Nakita nila ang pagkakaroon ng anumang metal, hindi lamang bakal o nikel. Gumagana sila salamat sa sapilitan na mga alon, sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang coils: isang transmiter at isang tatanggap.

Ang isang mataas na dalas na alternating kasalukuyang ay ipinasa sa transmitter coil, upang makabuo ito ng isang alternating magnetic field kasama ang axis (tingnan ang figure), na nagpapahiwatig ng isang kasalukuyang sa coil ng receiver, isang bagay na higit pa o mas katulad sa nangyayari kasama ang transpormer.

Larawan 8. Prinsipyo ng pagpapatakbo ng detektor ng metal.

Kung ang isang piraso ng metal ay inilalagay sa pagitan ng parehong coils, ang maliit na sapilitan na alon ay lumilitaw dito, na tinatawag na eddy currents (na hindi maaaring dumaloy sa isang insulator). Ang pagtanggap ng coil ay tumutugon sa mga magnetikong larangan ng pagpapadala ng coil at mga nilikha ng eddy currents.

Sinusubukan ng mga alon ng eddy na mabawasan ang magnetic field flux sa piraso ng metal. Samakatuwid, ang patlang na napagtanto ng pagtanggap ng coil ay bumababa kapag ang isang metal na piraso ay nakakabit sa pagitan ng parehong mga coil. Kapag nangyari ito isang alarma ang na-trigger na nagbabala sa pagkakaroon ng isang metal.

Pagsasanay

Ehersisyo 1

Mayroong isang pabilog na coil na may 250 na lumiliko ng 5 cm radius, na matatagpuan patayo sa isang magnetic field na 0.2 T. Alamin ang sapilitan na emf kung sa isang agwat ng oras ng 0.1 s, ang laki ng magnetic field na doble at ipahiwatig ang direksyon ng ang kasalukuyang, ayon sa sumusunod na pigura:

Larawan 9. Circular loop sa gitna ng isang pantay na patlang na magnetic patayo sa eroplano ng loop. Pinagmulan: F. Zapata.

Solusyon

Una ay kalkulahin namin ang magnitude ng sapilitan emf, kung gayon ang direksyon ng nauugnay na kasalukuyang ay ipinahiwatig ayon sa pagguhit.

Dahil nadoble ang patlang, gayon din ang magnetic field flux, samakatuwid ang isang sapilitan na kasalukuyang ay nilikha sa loop na tumututol sa pagtaas ng sinabi.

Ang patlang sa figure ay tumuturo sa loob ng screen. Ang patlang na nilikha ng sapilitan kasalukuyang dapat iwanan ang screen, ilapat ang patakaran ng kanang hinlalaki, sumusunod ito na ang sapilitan na kasalukuyang pinipigilan.

Mag-ehersisyo 2

Ang isang parisukat na paikot-ikot ay binubuo ng 40 na liko ng 5 cm sa bawat panig, na umiikot na may dalas na 50 Hz sa gitna ng isang pare-parehong larangan ng magnitude 0.1 T. Sa una ang likid ay patayo sa bukid. Ano ang magiging expression para sa sapilitan emf?

Solusyon

Mula sa mga nakaraang seksyon ang expression na ito ay naibawas:

Mga Sanggunian

1. Figueroa, D. (2005). Serye: Physics para sa Science at Engineering. Dami 6. Electromagnetism. Na-edit ni Douglas Figueroa (USB).
2. Hewitt, Paul. 2012. Konsepto na Pang-agham na Pang-agham. Ika-5. Ed. Pearson.
3. Knight, R. 2017. Physics para sa Siyentipiko at Teknolohiya: isang Diskarte sa Diskarte. Pearson.
4. OpenStax College. Batas sa Induction ni Faraday: Batas ni Lenz. Nabawi mula sa: opentextbc.ca.
5. Librete Text ng Physics. Batas ni Lenz. Nabawi mula sa: phys.libretexts.org.
6. Sears, F. (2009). University Physics Tomo 2.