Wet van Lenz

De wet van Lenz is een gebruikelijke manier om te begrijpen hoe elektromagnetische circuits de derde wet van Newton en het behoud van energie gehoorzamen. Lenz's wet is vernoemd naar Emil Lenz, en er staat..:

Een geïnduceerde elektromotorische kracht (emf) geeft altijd aanleiding tot een stroom waarvan het magnetisch veld zich verzet tegen de verandering van de oorspronkelijke magnetische flux.

Lenz's wet is weergegeven met het negatieve teken in Faraday's inductiewet:

E = - ∂ Φ B ∂ t {\mathcal {E}}=- {frac {partieel {Phi __mathrm {B}} {\\\an5} {\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {\partial \Phi _{\mathrm {B} }}{\partial t}}},

wat aangeeft dat de geïnduceerde emf (ℰ) en de verandering in de magnetische flux (∂ΦB) tegengestelde signalen hebben.

De geïnduceerde emf en de resulterende geïnduceerde stroom zijn tegen de wijzers van de klok in wanneer B vanaf de pagina naar buiten wordt geleid en het gebied van het circuit afneemt. De flux door deze schakeling neemt af naar buiten toe. Nu produceert de geïnduceerde stroom I zijn eigen magnetisch veld, en kunnen we de rechtergreepregel gebruiken om de richting van dit veld te berekenen. Het resultaat is dat het magnetisch veld door de geïnduceerde stroom ook naar buiten wordt geleid binnen de kring. Het is alsof de natuur, door dit geïnduceerde veld, de afname van de flux als gevolg van het toegepaste veld B probeert te compenseren.
De richting van het geïnduceerde emf is altijd zodanig dat het tegengesteld is aan de verandering die het veroorzaakt.
Dat is de wet van Lenz.

Beschouw als een ander voorbeeld van de toepassing van de wet van Lenz, een draadspoel waarop plotseling een batterij is aangesloten. Stel dat de batterij een stroomstoot met de wijzers van de klok mee op gang brengt, zoals de waarnemer ziet. Deze stroom zal aanleiding geven tot een magnetisch veld waarvan de lijnen de spoel zullen draden en terugcirkelen buiten de spoel. Als de stroom door de batterij wordt opgebouwd, is er dus een wisselende magnetische flux door de spoel en dit moet resulteren in een geïnduceerde emf in de spoel. Wat is de richting van deze geïnduceerde emf? De wet van Lenz zegt ons onmiddellijk dat het tegen de klok in moet zijn, om de opbouw van de stroom tegen te gaan. Op dezelfde manier, wanneer de stroom in een stroomkring wordt verbroken, probeert de geïnduceerde emf te voorkomen dat de stroom uitsterft, en dit verklaart de vonken die worden waargenomen bij het langzaam openen van de schakelaars. De geïnduceerde emf in een stroomkring waarvan de stroom verandert, wordt de achterste emf genoemd, omdat deze zich altijd verzet tegen de verandering van de stroom. Het ontstaat door verandering van het eigen magnetisch veld van de stroom, een effect dat zelfinductie wordt genoemd.

Als de wet van Lenz niet zou kloppen, zou een verhoging van de stroom in een spoel resulteren in een emf die de toegepaste batterij helpt, waardoor de stroom verder toeneemt, waardoor meer emf en een verdere verhoging van de stroom, ad infinitum, wordt veroorzaakt. Dit zou een onstabiele situatie zijn en een situatie waarin het principe van energiebesparing niet wordt nageleefd.
Dit soort redenering kan worden uitgebreid naar andere situaties waarin een systeem in evenwicht wordt verplaatst en het principe is als volgt tot stand gekomen.

Wanneer een systeem in evenwicht wordt verstoord, wordt het evenwicht verplaatst in de richting die de neiging heeft om de effecten van de verstoring ongedaan te maken.
Deze veralgemening van de wet van Lenz wordt het principe van Le Chatelier
genoemd.

Lenzs-law-inductorZoom
Lenzs-law-inductor

Vragen en antwoorden

V: Wat is de wet van Lenz?


Antwoord: Volgens de wet van Lenz genereert een geïnduceerde elektromotorische kracht (emf) altijd een stroom waarvan het magnetische veld de verandering van de aanvankelijke magnetische flux tegenwerkt.

V: Hoe komt de wet van Lenz voor in de inductiewet van Faraday?


Antwoord: In de inductiewet van Faraday wordt de wet van Lenz weergegeven met een negatief teken, wat aangeeft dat de geïnduceerde emf en de verandering van de magnetische flux tegengesteld zijn.

V: In welke richting stroomt de geïnduceerde stroom wanneer B' van de zijkant naar buiten is gericht en de oppervlakte van de stroomkring afneemt?


A: De geïnduceerde stroom gaat tegen de klok in als B' van de zijkant naar de buitenkant gaat en de oppervlakte van de stroomkring afneemt.

V: Wat probeert de natuur te doen met dit geïnduceerde veld?


A: De natuur probeert de afname van de flux veroorzaakt door het toegepaste veld te compenseren door het creëren van een buitenwaarts magnetisch veld in de kring veroorzaakt door de geïnduceerde stroom.

V: Wat gebeurt er als een batterij plotseling wordt aangesloten op een geleidende spoel?


Antwoord: Wanneer een batterij plotseling op een draadspoel wordt aangesloten, veroorzaakt dit een stroom die, vanuit het standpunt van de waarnemer, met de klok mee loopt. Dit genereert een geïnduceerde emf, die volgens de wet van Lenz linksom draait en de door de koppeling veroorzaakte stroomstijging tegenhoudt.


Vraag: Welk effect heeft zelfinductie op schakelingen waarin stromen veranderen?


Antwoord: Zelfinductie zorgt ervoor dat een toename van de stroom in een wikkeling een emf veroorzaakt die deze toename tegenhoudt, waardoor onstabiele situaties worden voorkomen waarin het behoud van energie zou worden geschonden.

Vraag: Welk principe kan worden afgeleid uit de wet van Lenz?


Antwoord: De wet van Lenz kan worden uitgebreid tot het principe van Le Chatelier dat wanneer het evenwicht van een systeem wordt verstoord, het evenwicht zodanig verschuift dat de effecten van de verstoring worden opgeheven.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3