قانون لنز – به زبان ساده

$$\large ElectroMotive\ Force = emf = - \frac{ \partial \Phi_{ B } }{ \partial t }$$
(1)

$$\large \triangledown \times E = - \frac{ \partial B }{ \partial t }$$
(2)

ما در ادامه این مقاله همراه باشید تا با زبانی ساده به چرایی وجود این علامت منفی که از قانون لنز ناشی می‌شود، بپردازیم. فیزیکدانی روسی به نام هاینریش لنز (Heinrich Friedrich Emil Lenz)، روشی برای تعیین جهت جریان القایی مطرح کرد که پس از چندین سال به قانون لنز مشهور شد.

قانون لنز

فیلم آموزش فیزیک عمومی ۲ در فرادرس

کلیک کنید

به عبارت دیگر جهت جریان القایی به سمتی است که مطابق با قانون دست راست، جهت میدان مغناطیسی تولید شده توسط آن، در خلاف جهت میدان مغناطیسی اولیه باشد تا آن را تضعیف یا تقویت کند.

همان‌طور که در شکل (۲) ملاحظه می‌کنید، جهت ممان دوقطبی مغناطیسی ناشی از حلقه به سمت بالا بوده و بدین معنی است که با افزایش میدان خارجی، مخالفت می‌کند (به قطب‌های ناشی از ممان دوقطبی دقت کنید).

حال اگر آهنربا از حلقه دور شود، یعنی چگالی خطوط میدان مغناطیسی خارجی گذرنده از حلقه کاهش پیدا کند، جهت جریان القایی به گونه‌ای است که میدان مغناطیسی ناشی از آن، میدان خارجی را تقویت کند. یعنی جهت جریان عکس جهت جریان حلقه شکل (۲) شود.

به بیانی ساده، اگر انگشت شست دست راست جهت جریان الکتریکی را نشان دهد، راستای چهار انگشت که در واقع دایره‌ای را جاروب می‌کنند، جهت میدان مغناطیسی ناشی از جریان الکتریکی را مشخص می‌کنند.

ویدیویی کوتاه زیر، حرکت حلقه فلزی بسته‌ای را طبق قانون لنز بر اساس تغییرات میدان مغناطیسی نشان می‌دهد.

با توجه به مطالب فوق، حالت‌های مختلف زیر را می‌توان برای بیان قانون لنز عنوان کرد. دقت داشته باشید که قانون لنز صحبتی در خصوص مقدار یا اندازه میدان مغناطیسی نکرده و تنها جهت جریان را به گونه‌ای تعیین می‌کند که با «تغییرات» میدان خارجی مخالفت کند.

می‌توان گفت که علامت منفی در قانون القای فارادی نیز به همین علت در فرمول درج شده است. از آنجایی که نیرو محرکه القایی عامل ایجاد جریان القایی در حلقه بسته است، علامت آن باید منفی باشد تا جهت جریان القایی مطابق با قانون لنز به درستی تعیین شود. علامت منفی در رابطه (۱) بیان می‌کند که نیرو محرکه القایی ($$emf$$) و تغییرات شار مغناطیسی بر حسب زمان، علامت‌هایی متضاد با یکدیگر دارند که خود بیانی از قانون لنز است.

به عبارت دیگر، علامت منفی در رابطه القای فارادی یا همان قانون لنز، بیانگر اصل پایستگی انرژی است. اگر فرض کنیم که علامت منفی در رابطه وجود نداشته باشد، مطابق شکل (2)، با نزدیک شدن آهنربا به حلقه بسته، دوقطبی مغناطیسی القا شده به سمت پایین است.

نکته‌ای دیگر که باید آن را به یاد داشته باشید، این است که جریان القایی تنها در حلقه بسته تشکیل می‌شود. بدین منظور به ویدیوی کوتاه زیر که قانون لنز را بیان می‌کند، توجه کنید.

مخالفت جریان

اگر تغییر میدان مغناطیسی ناشی از یک جریان $$i_{ 1 }$$، جریان $$i_{ 2 }$$ را القا کند، جهت جریان $$i_{ 2 }$$ به گونه‌ای است که با تغییر جهت جریان $$i_{ 1 }$$ مخالفت کند. اگر دو جریان $$i_{ 1 }$$ و $$i_{ 2 }$$، به ترتیب در دو حلقه (مدار) هم‌محور $$l_{ 1 }$$ و $$l_{ 2 }$$ باشند، و مقدار اولیه هر دو صفر باشد، جهت آن‌ها خلاف یکدیگر بوده تا اثرات یکدیگر را خنثی کنند (دو سیم حامل جریان به یکدیگر نیرو وارد می‌کنند).

در واقع می‌توان قانون لنز را بیانی از قانون سوم نیوتن در نظر گرفت. به عبارتی، جهت جریان‌های $$i_{ 1 }$$ و $$i_{ ۲ }$$ باید به گونه‌ای باشند که نیرو‌های وارد بر دو حلقه یک‌دیگر را خنثی کنند.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• آهنربای الکتریکی – به زبان ساده
• قانون بیوساوار (Biot Savart law) — به زبان ساده
• دوقطبی الکتریکی (Electric Dipole) — به زبان ساده

^^