Lenzov zákon
Lenzov zákon je bežný spôsob, ako pochopiť, ako elektromagnetické obvody dodržiavajú tretí Newtonov zákon a zákon zachovania energie. Lenzov zákon je pomenovaný po Emilovi Lenzovi a hovorí:
Indukovaná elektromotorická sila (emf) vždy vyvoláva prúd, ktorého magnetické pole je proti zmene pôvodného magnetického toku.
Lenzov zákon je zobrazený so záporným znamienkom vo Faradayovom indukčnom zákone:
E = - ∂ Φ B ∂ t {\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {\partial \Phi _{\mathrm {B} }}{\partial t}} 
,
čo znamená, že indukované emf (ℰ) a zmena magnetického toku (∂ΦB) majú opačné znamienka.
Indukované emf a výsledný indukovaný prúd sú proti smeru hodinových ručičiek, keď B smeruje von zo strany a plocha obvodu sa zmenšuje. Tok týmto obvodom klesá v smere von. Teraz indukovaný prúd I vytvára vlastné magnetické pole a na výpočet smeru tohto poľa môžeme použiť pravidlo pravej rukoväte. Výsledkom je, že magnetické pole spôsobené indukovaným prúdom smeruje v obvode tiež von. Príroda akoby sa týmto indukovaným poľom snažila kompenzovať zníženie toku v dôsledku aplikovaného poľa B. Experimentálne sa to ukazuje ako všeobecné pravidlo, takže môžeme povedať, že
Smer indukovaného emf je vždy taký, že vedie k opozícii voči zmene, ktorá ho vyvoláva.
To je Lenzov zákon.
Ďalším príkladom aplikácie Lenzovho zákona je cievka drôtu, ku ktorej je náhle pripojená batéria. Predpokladajme, že batériou začne z pohľadu pozorovateľa tiecť prúd v smere hodinových ručičiek. Tento prúd vyvolá magnetické pole, ktorého čiary budú prechádzať cievkou a krúžiť späť mimo nej. Ako teda narastá prúd spôsobený batériou, cez cievku sa mení magnetický tok, čo musí mať za následok indukované emf v cievke. Aký je smer tohto indukovaného emf? Lenzov zákon nám hneď hovorí, že musí byť proti smeru hodinových ručičiek, aby bol proti budeniu prúdu. Podobne, keď sa prúd v obvode preruší, indukovaná emf sa snaží zabrániť tomu, aby prúd zanikol, a to vysvetľuje iskrenie pozorované pri pomalom otváraní spínačov. Indukované emf v obvode, ktorého prúd sa mení, sa nazýva spätné emf, pretože vždy pôsobí proti zmene prúdu. Vzniká v dôsledku zmeny vlastného magnetického poľa prúdu, čo je efekt označovaný ako samoindukcia.
Ak by Lenzov zákon neplatil, zvýšenie prúdu v cievke by malo za následok emf, ktoré by pomohlo použitej batérii, čím by sa prúd ďalej zvýšil, vyvolalo by to ďalšie emf a ďalšie zvýšenie prúdu, ad infinitum. Išlo by o nestabilnú situáciu, v ktorej by sa nedodržiaval princíp zachovania energie.
Tento druh uvažovania možno rozšíriť na iné situácie, v ktorých sa systém v rovnováhe posunie, a dospieť k nasledujúcemu princípu.
Keď je systém v rovnováhe narušený, rovnováha sa posunie v smere, ktorý má tendenciu zrušiť účinky narušenia.
Toto zovšeobecnenie Lenzovho zákona sa nazýva Le Chatelierov princíp.
Lenzsov zákon-induktor
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to Lenzov zákon?
Odpoveď: Lenzov zákon hovorí, že indukovaná elektromotorická sila (emf) vždy vyvoláva prúd, ktorého magnetické pole je proti zmene pôvodného magnetického toku.
Otázka: Ako je Lenzov zákon znázornený vo Faradayovom indukčnom zákone?
Odpoveď: Vo Faradayovom zákone indukcie je Lenzov zákon znázornený so záporným znamienkom, čo znamená, že indukovaný emf a zmena magnetického toku majú opačné znamienka.
Otázka: Akým smerom tečie indukovaný prúd, keď B' smeruje von zo strany a plocha obvodu sa zmenšuje?
Odpoveď: Indukovaný prúd tečie proti smeru hodinových ručičiek, keď B' smeruje von zo strany a plocha obvodu sa zmenšuje.
Otázka: O čo sa snaží príroda prostredníctvom tohto indukovaného poľa?
Odpoveď: Príroda sa snaží kompenzovať zníženie toku v dôsledku aplikovaného poľa vytvorením magnetického poľa smerujúceho von v obvode v dôsledku indukovaného prúdu.
Otázka: Čo sa stane, keď sa batéria náhle pripojí k cievke drôtu?
Odpoveď: Keď sa batéria náhle pripojí k cievke drôtu, z pohľadu pozorovateľa začne prúd tiecť v smere hodinových ručičiek. To vyvolá indukované emf, ktoré bude podľa Lenzovho zákona proti smeru hodinových ručičiek a bude odporovať akémukoľvek nárastu prúdu spôsobenému pripojením.
Otázka: Aký vplyv má samoindukcia na obvody s meniacimi sa prúdmi?
Odpoveď: Samoindukcia spôsobuje, že zvýšenie prúdu v cievke vedie k vzniku emf, ktoré je proti tomuto zvýšeniu, čím sa zabráni nestabilným situáciám, v ktorých by sa porušilo zachovanie energie.
Otázka: Aký princíp možno rozšíriť z Lenzovho zákona?
Odpoveď: Lenzov zákon možno rozšíriť na Le Chatelierov princíp, ktorý hovorí, že ak bola rovnováha v systéme narušená, rovnováha sa posunie tak, aby sa zrušili všetky účinky spôsobené týmto narušením.
