قانون لنز

قطب‌های نیرومحركه‌القایی

نیرومحركه‌القایی همانند نیرومحركه حاصل از باتری می‌تواند جریانی را در مدار برقرار كند. در باتری، جریان قرار دادی از قطب مثبت شروع شده و از یكسری قطعات عبور می‌كند و در نهایت به قطب منفی می‌رسد.

برای نیرومحركه‌القایی نیز چنین امری صادق است. با این تفاوت كه محل قطب‌های مثبت و منفی آن به وضوح مشخص نیستند. بنابراین به روشی نیازمندیم كه بتوان جهت قطبش یا علامت جبری نیرومحركه‌القایی را تعیین كنیم.

در درسی كه در پیش داریم، به خاطر سپردن این نكته مفید است كه:

"میدان مغناطیسی عبوری از حلقه می‌تواند از دو منبع حاصل شود".

یكی میدان مغناطیسی اصلی كه شار در حال تغییر را تولید می‌كند و باعث به‌وجود آمدن نیرومحركه‌القایی می‌شود.

دیگری میدانی كه بر اثر جریان القایی به‌وجود می‌آید كه همانند هر جریانی باعث تولید میدان مغناطیسی خاص خود می‌شود. میدان كه توسط جریان القایی به‌وجود می‌آید، میدان مغناطیسی القایی نامیده می‌شود.

برای تعیین جهت قطب‌های نیرومحركه‌القایی ما از روشی كه بر پایه كشف دانشمند روسی، لنز است استفاده می‌كنیم. این كشف به عنوان قانون لنز شناخته می‌شود.

برای مشاهده فیلمی در این رابطه کلیک کنید.

قانون لنز با تحلیل چند مثال بهتر درك می‌شود. در هر مثال ما از ترفند زیر استفاده می‌كنیم.

تعیین قطب‌های نیرومحركه‌القایی:

در شكل زیر آهن‌ربایی به یك حلقه نزدیك می‌شود. به علت تغییر شار عبوری از حلقه جریانی در آن القاء می‌شود و در نتیجه حلقه موقتاً آهن‌ربا می‌گردد. طبق قانون لنز حلقه طوری آهن‌ربا می‌شود كه با حركت آهن‌ربا مخالفت كند. بدین ترتیب می‌توان قطب‌های مغناطیسی حلقه را پیش بینی نمود. این كار در تصویر به صورت خط چین نشان داده شده است.

اما در تصویر زیر آهن‌ربای دائمی ثابت است و حلقه‌ای از آن دور می‌شود به علت تغییر شارمغناطیسی عبوری از حلقه، نیرومحركه و در نتیجه جریانی در آن القاء می‌شود. بر اثر عبور جریان، حلقه آهن‌ربا می‌شود.طبق قانون لنز، قطب‌های آهن‌ربای حلقه طوری است كه با حركت آن مخالفت می‌كند. در شكل زیر قطب‌های حلقه به صورت خط چین نشان داده شده‌اند. با توجّه به قطب‌های مغناطیسی حلقه درمی‌یابیم كه جریان حلقه در جهت ساعتگرد می‌باشد.

تمرین:

شكل زیر آهن‌ربای دائمی را نشان می‌دهد كه به سیم حلقه‌ای نزدیك می‌شود مدار خارجی كه به حلقه وصل شده متشكل از مقاومت R است، R می‌تواند به جای مقاومت رشته‌های لامپ آورده شده باشد.

جهت جریان القایی و نیرومحركه‌القایی را تعیین كنید.

راهنمایی و حل:

برای حل این مسئله ما از قانون لنز استفاده می‌كنیم. اساس این قانون بر مخالفت میدان مغناطیسی القایی با تغییر میدان اصلی استوار است. از آن جاكه آهن‌ربا به حلقه نزدیك می‌شود بنابراین شارمغناطیسی عبوری از حلقه افزایش می‌یابد.

برای مقابله با افزایش شارمغناطیسی، جهت میدان مغناطیسی القایی باید مخالف میدان مغناطیسی آهن‌ربای میله‌ای باشد. از آن جاكه

جهت میدان آهن‌ربا كه از حلقه عبور می‌كند از سمت چپ به راست است، بنابراین میدان القایی عبوری از حلقه از سمت راست به چپ خواهد بود. این موضوع در شكل زیر به نمایش درآمده است.

برای به‌وجود آمدن چنین میدان القایی ای، طبق قانون دست راست، جهت جریان حلقه باید در جهت خلاف جهت عقربه‌های ساعت باشد. حلقه همانند باتری به عنوان چشمه نیرومحركه‌القایی عمل می‌كند. از آن جاكه جریان قراردادی از طرف قطب مثبت باتری به مدار وارد می‌شود. بنابراین نقطه A در شكل فوق قطب مثبت و نقطه B قطب منفی نیرومحركه خواهد بود.

در مثال بالا جهت میدان مغناطیسی القایی مخالف جهت میدان خارجی حاصل از آهن‌ربای میله‌ای بود. با این وجود، میدان القایی همیشه مخالف میدان خارجی نیست، قانون لنز تنها این الزام را دارد كه میدان القایی با تغییر شار خارجی مخالفت كند. برای درک بهتر مطلب درس بعدی را مطالعه نمایید.

البته به این نكته نیز توجّه داشته باشید كه بایستی قانون لنز را به عنوان یك قانون مستقل تلقی نمود زیرا این قانون نتیجه قانون بقای انرژی است. قبلاً رابطه بین بقاء انرژی و نیرومحركه‌القایی را برای حالت خاصی (نیرومحركه حركتی) بررسی نمودیم. با این حال، این رابطه برای تمامی نیرومحركه‌های القایی صادق است. در واقع قطب‌های نیرومحركه‌القایی كه توسط قانون لنز تعیین می‌شود، ما را مطمئن می‌كند كه انرژی بقاء دارد.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا