درسنامه آموزشی فیزیک (2) کلاس یازدهم تجربی
فصل 3: قانون لنز
مدت کوتاهی پس از آنکه فاراده قانون القای الکترومغناطیسی را ارائه کرد، هاینریش لنز، دانشمند روس تبار، در سال 1834 میلادی روشی را برای تعیین جهت جریان القایی در یک پیچه یا در هر مدار بستهٔ دیگری پیشنهاد کرد. این روش که بعدها به قانون لنز شهرت یافت، حاکی از آن است که:
جریان حاصل از نیروی محرکهٔ القایی در یک مدار یا پیچه در جهتی است که آثار مغناطیسی ناشی از آن، با عامل به وجود آورندهٔ جریان القایی، یعنی تغییر شار مغناطیسی، مخالفت میکند.
علامت منفی در رابطهٔ 3-6 نشان دهندهٔ همین مخالفت است. توضیح دقیقتر این مطلب فراتر از سطح این کتاب است. در اینجا تنها به ذکر مثالهایی از چگونگی استفاده از قانون لنز برای تعیین جهت جریان القایی اکتفا میکنیم.
شکل 3-28 الف، آهنربایی را نشان میدهد که قطب $N$ آن در حال نزدیک شدن به یک حلقهٔ رساناست. در این وضعیت اندازهٔ $\overrightarrow{B}$ در محل حلقه افزایش مییابد و در نتیجه شار گذرنده از حلقه زیاد میشود. بنا به قانون لنز، جهت جریان القایی ایجاد شده در حلقه چنان است که میدان مغناطیسی ناشی از آن با افزایش شار مخالفت کند. بنابراین، میدان مغناطیسی حلقه در خلاف سوی میدان مغناطیسی آهنربا میشود. با توجه به قاعدهٔ دست راست و از روی جهت میدان مغناطیسی حلقه، جهت جریان در حلقه تعیین میشود. همچنین اگر مطابق شکل 3-28 ب، قطب $N$ آهنربا را از حلقهٔ رسانا دور کنیم، جریان القایی در جهتی خواهد بود که میدان مغناطیسی تولید شده توسط حلقه، همسو با میدان آهنربا میشود و به این ترتیب با کاهش شار عبوری از حلقه، مخالفت میکند.
هاینریش فردریش امیل لنز (1865-1804)
از فیزیک دانان مشهور آلمانی و دارای تبار روس بود. وی در استونی که در آن دوران تحت امپراتوری روسیه بود به دنیا آمد. پس از اتمام دوره دبیرستان در 1820 وارد دانشگاه دُرپَت شد و به تحصیل در زمینهٔ فیزیک و شیمی، پرداخت. لنز طی سالهای 1823 تا 1826 میلادی در ضمن یک سفر دریایی به دور دنیا، به مطالعهٔ شرایط آب و هوایی و همچنین ویژگیهای فیزیک دریا پرداخت و نتایج آن را در سال 1831 منتشر کرد. پس از این سفر، در دانشگاه سن پترزبورگ آغاز به کار نمود. لنز مطالعهٔ الکترومغناطیس را در سال 1831 شروع کرد و بیشتر شهرتش برای فرمول بندی قانون لنز در الکترومغناطیس در سال 1834 است.
پرسش 3-13 (صفحهٔ 92 کتاب درسی)
1- با توجه به جهت جریان القایی در مدار شکل الف، توضیح دهید که آیا آهنربا رو به بالا حرکت میکند یا رو به پایین.
الف) با توجه به قانون لنز، آهنربا در حال دورشدن از پیچه است؛ یعنی رو به پایین حرکت میکند.
2- شکل ب سیم بلند و مستقیمی را نشان میدهد که جریان عبوری از آن در حال افزایش است. جهت جریان القایی را در حلقهٔ رسانای مجاور سیم تعیین کنید.
جهت میدان $\overrightarrow{B}$ ناشی از سیم حامل جریان $I$، در محل در حال افزایش است، $I$ حلقه برون سو است. چون جریان بنابه قانون لنز باید جهت جریان در حلقه، ساعتگرد باشد تا با افزایش شار عبوری از حلقه، مخالفت کند
3- اگر در مدار شکل پ مقاومت رئوستا افزایش یابد، جریان القایی در حلقهٔ رسانای داخلی در چه جهتی ایجاد میشود؟
با افزایش مقاومت رئوستا جریان در حلقه خارجی کاهش و در نتیجه میدان مغناطیسی آن نیز در محل حلقه داخلی کاهش مییابد. طبق قانون لنز، میدان مغناطیسی حلقهٔ داخلی همجهت با میدان مغناطیسی حلقهٔ خارجی ایجاد شده تا از این کاهش جلوگیری کند. بنابراین جریان القایی در حلقهٔ داخلی طبق قاعدهٔ دست راست، پادساعتگرد خواهد بود. (جریان القایی در حلقهٔ داخلی همجهت با جریان حلقهٔ خارجی میشود.)
4- حلقهٔ رسانای مستطیل شکلی را مطابق شکل ت به طرف راست میکشیم و از میدان مغناطیسی درون سویی خارج میکنیم. جهت جریان القایی در حلقه در چه جهتی است؟
با توجه به جهت حرکت حلقه، میدان مغناطیسی خارجی بر روی حلقه کاهش مییابد، بنابراین طبق قانون لنز میدان مغناطیسی حلقه همجهت با میدان مغناطیسی خارجی ایجاد میشود تا از این کاهش شار جلوگیری کند. پس قاعدهٔ دست راست جریان القایی در حلقه ساعتگرد خواهد بود.
