Κανόνας του Λεντς
Ο νόμος του Lenz είναι ένας συνηθισμένος τρόπος για να κατανοήσουμε πώς τα ηλεκτρομαγνητικά κυκλώματα υπακούουν στον τρίτο νόμο του Νεύτωνα και στη διατήρηση της ενέργειας. Ο νόμος του Lenz πήρε το όνομά του από τον Emil Lenz και λέει:
Μια επαγόμενη ηλεκτροκινητήρια δύναμη (emf) δημιουργεί πάντα ένα ρεύμα του οποίου το μαγνητικό πεδίο αντιτίθεται στη μεταβολή της αρχικής μαγνητικής ροής.
Ο νόμος του Lenz εμφανίζεται με το αρνητικό πρόσημο στο νόμο επαγωγής του Faraday:
E = - ∂ Φ B ∂ t {\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {\partial \Phi _{\mathrm {B} }}{\partial t}}} 
,
το οποίο δείχνει ότι η επαγόμενη ηλεκτρεγερτική τάση (ℰ) και η μεταβολή της μαγνητικής ροής (∂ΦΒ) έχουν αντίθετα πρόσημα.
Η επαγόμενη ηλεκτρεγερτική τάση και το επαγόμενο επαγόμενο ρεύμα είναι αριστερόστροφα όταν το Β κατευθύνεται έξω από τη σελίδα και το εμβαδόν του κυκλώματος μειώνεται. Η ροή μέσω αυτού του κυκλώματος μειώνεται προς τα έξω. Τώρα το επαγόμενο ρεύμα I παράγει το δικό του μαγνητικό πεδίο και μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον κανόνα της δεξιάς λαβής για να υπολογίσουμε την κατεύθυνση αυτού του πεδίου. Το αποτέλεσμα είναι ότι το μαγνητικό πεδίο λόγω του επαγόμενου ρεύματος κατευθύνεται επίσης προς τα έξω μέσα στο κύκλωμα. Είναι σαν να προσπαθεί η φύση, μέσω αυτού του επαγόμενου πεδίου, να αντισταθμίσει τη μείωση της ροής λόγω του εφαρμοζόμενου πεδίου Β. Αυτό αποδεικνύεται πειραματικά ότι είναι ένας γενικός κανόνας, έτσι ώστε να μπορούμε να πούμε ότι
Η κατεύθυνση της επαγόμενης ηλεκτρεγερτικής τάσης είναι πάντοτε τέτοια ώστε να οδηγεί σε αντίθεση με τη μεταβολή που την προκαλεί.
Αυτός είναι ο νόμος του Lenz.
Ως άλλο παράδειγμα εφαρμογής του νόμου του Lenz, θεωρήστε ένα πηνίο σύρματος στο οποίο συνδέεται ξαφνικά μια μπαταρία. Ας υποθέσουμε ότι η μπαταρία ξεκινά ρεύμα που ρέει δεξιόστροφα, όπως το βλέπει ο παρατηρητής. Αυτό το ρεύμα θα δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο του οποίου οι γραμμές θα διατρέχουν το πηνίο και θα επιστρέφουν κυκλικά έξω από αυτό. Έτσι, καθώς το ρεύμα που οφείλεται στην μπαταρία αυξάνεται, υπάρχει μεταβαλλόμενη μαγνητική ροή μέσω του πηνίου και αυτό πρέπει να έχει ως αποτέλεσμα μια επαγόμενη ηλεκτρεγερτική τάση στο πηνίο. Ποια είναι η κατεύθυνση αυτής της επαγόμενης ηλεκτρεγερτικής τάσης; Ο νόμος του Lenz μας λέει αμέσως ότι πρέπει να είναι αριστερόστροφη, ώστε να αντιτίθεται στη δημιουργία του ρεύματος. Ομοίως, όταν το ρεύμα σε ένα κύκλωμα διακόπτεται, η επαγόμενη ηλεκτρεγερτική τάση προσπαθεί να εμποδίσει το ρεύμα να σβήσει, και αυτό εξηγεί τον σπινθήρα που παρατηρείται όταν οι διακόπτες ανοίγουν αργά. Η επαγόμενη ηλεκτρεγερτική τάση σε ένα κύκλωμα του οποίου το ρεύμα μεταβάλλεται ονομάζεται αντίρροπη ηλεκτρεγερτική τάση, δεδομένου ότι αντιτίθεται πάντοτε στη μεταβολή του ρεύματος. Προκύπτει από τη μεταβολή του ίδιου του μαγνητικού πεδίου του ρεύματος, ένα φαινόμενο που αναφέρεται ως αυτεπαγωγή.
Αν ο νόμος του Lenz δεν ίσχυε, μια αύξηση του ρεύματος σε ένα πηνίο θα είχε ως αποτέλεσμα μια ηλεκτρεγερτική τάση που θα βοηθούσε την εφαρμοζόμενη μπαταρία, αυξάνοντας έτσι περαιτέρω το ρεύμα, προκαλώντας περισσότερη ηλεκτρεγερτική τάση και περαιτέρω αύξηση του ρεύματος, μέχρι το τέλος. Αυτή θα ήταν μια ασταθής κατάσταση και μια κατάσταση στην οποία η αρχή της διατήρησης της ενέργειας θα παραβιαζόταν.
Αυτού του είδους η συλλογιστική μπορεί να επεκταθεί και σε άλλες καταστάσεις στις οποίες ένα σύστημα που βρίσκεται σε ισορροπία μετατοπίζεται και η αρχή στην οποία καταλήγουμε είναι η ακόλουθη.
Όταν ένα σύστημα που βρίσκεται σε ισορροπία διαταράσσεται, η ισορροπία μετατοπίζεται προς την κατεύθυνση που τείνει να αναιρέσει τα αποτελέσματα της διαταραχής.
Αυτή η γενίκευση του νόμου του Lenz ονομάζεται αρχή του Le Chatelier.
Lenzs-law-inductor
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι ο νόμος του Lenz;
Α: Σύμφωνα με το νόμο του Lenz, μια επαγόμενη ηλεκτροκινητήρια δύναμη (emf) παράγει πάντα ένα ρεύμα του οποίου το μαγνητικό πεδίο αντιτίθεται στη μεταβολή της αρχικής μαγνητικής ροής.
Ερ: Πώς εμφανίζεται ο νόμος του Lenz στο νόμο επαγωγής του Faraday;
Α: Στο νόμο επαγωγής του Faraday, ο νόμος του Lenz αναπαρίσταται με αρνητικό πρόσημο, υποδεικνύοντας ότι η επαγόμενη ηλεκτρεγερτική τάση και η μεταβολή της μαγνητικής ροής είναι αντίθετες.
Ερ: Προς ποια κατεύθυνση ρέει το επαγόμενο ρεύμα όταν το Β' κατευθύνεται από την πλευρά προς τα έξω και η επιφάνεια του κυκλώματος μειώνεται;
Α: Το επαγόμενο ρεύμα κινείται αριστερόστροφα καθώς το Β' κινείται από την πλευρά προς τα έξω και το εμβαδόν του κυκλώματος μειώνεται.
Ερ: Τι προσπαθεί να κάνει η φύση με αυτό το επαγόμενο πεδίο;
Α: Η φύση προσπαθεί να αντισταθμίσει τη μείωση της ροής που προκαλείται από το εφαρμοζόμενο πεδίο δημιουργώντας ένα μαγνητικό πεδίο προς τα έξω στο κύκλωμα που προκαλείται από το επαγόμενο ρεύμα.
Ερ: Τι συμβαίνει όταν μια μπαταρία συνδέεται ξαφνικά σε ένα αγώγιμο πηνίο;
Α: Όταν μια μπαταρία συνδεθεί ξαφνικά σε ένα συρμάτινο πηνίο, ενεργοποιείται ένα ρεύμα που, από τη σκοπιά του παρατηρητή, τρέχει δεξιόστροφα. Αυτό δημιουργεί μια επαγόμενη ηλεκτρεγερτική τάση, η οποία, σύμφωνα με το νόμο του Lenz, είναι αριστερόστροφη και αντιστέκεται στην αύξηση του ρεύματος που προκαλείται από τη σύζευξη.
Ερ: Ποια επίδραση έχει η αυτεπαγωγή σε κυκλώματα στα οποία μεταβάλλονται τα ρεύματα;
Α: Η αυτεπαγωγή προκαλεί αύξηση του ρεύματος μέσα σε μια περιέλιξη, ώστε η ηλεκτρεγερτική τάση να αντιστέκεται σε αυτή την αύξηση, αποτρέποντας έτσι ασταθείς καταστάσεις όπου η διατήρηση της ενέργειας θα παραβιαζόταν.
Ερ:Ποια αρχή μπορεί να επεκταθεί από το νόμο του Lenz;
Α: Ο νόμος του Lenz μπορεί να επεκταθεί στην αρχή του Le Chatelier, σύμφωνα με την οποία όταν η ισορροπία ενός συστήματος διαταράσσεται, η ισορροπία μετατοπίζεται έτσι ώστε οι επιπτώσεις της διαταραχής να ακυρώνονται.
