مسائل على قانون لنز

تعريف قانون لنز

يعتمد قانون لينز على قانون الحفاظ على الطاقة ، من تعريف قانون لينز ، نعلم أن التيار المستحث دائمًا ما يعارضه السبب الذي ينتج عنه ، لذلك ، هناك عمل إضافي يتم القيام به ضد القوة المعارضة ، ينتج عن العمل المنجز ضد القوة المعاكسة تغيير في التدفق المغناطيسي وبالتالي يتم تحفيز التيار ، يُعرف العمل الإضافي المنجز بالطاقة الكهربائية وهو قانون الحفاظ على الطاقة.

مسائل على قانون لنز

يتم احتساب حجم EMF المستحث عندما يتم دفع المغناطيس في الشكل 1 (أ) في الملف، باستخدام المعلومات التالية: نصف قطر ملف الحلقة المفردة هو 6.00 سم، ومتوسط قيمة B cos θ يتزايد من 0.0500 T إلى 0.250 T في 0.100 ثانية (وهذا معطى، نظرًا لأن مجال مغناطيس القضيب معقد).

إستراتيجية

لحساب حجم emf ، يتم استخدام قانون فاراداي للاستنتاج كما هو مذكور في

emf=−NΔΦΔt

ولكن بدون علامة الطرح التي تشير إلى الاتجاه:

emf=NΔΦΔtemf=NΔΦΔt

الحل

رصدنا قيم N = 1 و t = 0.100 s، ولكن يجب علينا تحديد التغيير في التدفق ΔΦ قبل أن نتمكن من حساب emf، وذلك لأن مساحة الحلقة ثابتة

ΔΦ = Δ (BA cos θ) = AΔ (B cos θ).

بما أن B cos θ يتراوح بين 0.0500 و 0.250 تساوي Δ (B cos θ) = 0.200 ت. وبما أن مساحة الحلقة هي A = πr2 = (3.14…) (0.060 م)2 = 1.13 × 10−2 م2، يمكن إدخال القيم المحددة في تعبير القوة الكهرومحركة الذاتية للدوران للحصول على النتيجة

Emf=NΔΦΔt=(1.13×10−2 m2)(0.200 T)0.100 s=22.6 mV

على الرغم، يمكن قياس هذا الجهد بسهولة، ومع ذلك، فإنه بالتأكيد ليس كافياً لمعظم التطبيقات العملية، حيث تجعل المزيد من الحلقات في الملف والمغناطيس الأقوى والحركة الأسرع الحث المصدر العملي للجهود التي تحتاجها هذه التطبيقات.

ما هو قانون لنز

نص قانون لينز على ذلك

تنتج القوة الدافعة الكهربائية المنشأة من أقطاب مختلفة تيارًا يعارض تغيير المجال المغناطيسي المار عبر الحلقة، وذلك للحفاظ على التدفق المغناطيسي الأصلي عبر الحلقة عند تدفق التيار فيها.

تم صياغة هذا القانون في عام 1834 من قبل الفيزيائي الروسي هاينريش فريدريش إميل لينز (1804-1865)، وسمي قانون لينز باسم إميل لينز. يستند هذا القانون إلى مبدأ الحفاظ على الطاقة وقانون نيوتن الثالث، وهو الأسلوب الأكثر ملاءمة لتحديد اتجاه التيار الناتج. ينص القانون على أن اتجاه التيار الناتج يكون دائما ضد التغيير في الدائرة أو المجال المغناطيسي الذي يتم توليده.

صيغة قانون لينز

يحدد قانون لينز أنه يتم إنتاج EMF عند تغير التدفق المغناطيسي وفقًا لقانون فاراداي، ويتم توليد قطبية EMF بطريقة معينة، حيث يتم إنتاج تيار مقاوم للتدفق المغناطيسي الأولي الذي أنشأه

تشير العلامة السلبية المستخدمة في قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي إلى أن الإثارة الكهربائية المستحثة (ε) والتغيير في التدفق المغناطيسي (δΦB) لهما إشارات معاكسة، وفقًا لمعادلة قانون لينز الموضحة أدناه:

صيغة قانون لينز

أين:

ε = emf المستحث

δΦB = تغير في التدفق المغناطيسي

N = عدد الدورات في الملف

استراتيجية حل المشكلات لقانون لينز

لاستخدام قانون لينز لتحديد اتجاهات المجالات المغناطيسية المستحثة والتيارات و emfs:

• ينبغي عمل رسم تخطيطي للموقف لاستخدامه في تصور وتسجيل الاتجاهات.
• حدد اتجاه المجال المغناطيسي ب.
• تحديد ما إذا كان التدفق يتزايد أو يتناقص.
• يتحدد الآن اتجاه المجال المغناطيسي المنشأ، ويقاوم التغيير في التدفق عن طريق الجمع أو الطرح من الحقل المغناطيسي الأصلي.
• “يتم استخدام RHR-2 لتحديد اتجاه التيار المستحث I الذي يسبب المجال المغناطيسي المستحث B.
• يؤدي اتجاه التيار المنبعث من الـ emf المتحركة إلى دوران الكهرباء في هذا الاتجاه، ويمكن تمثيله على أنه تيار ينبعث من النهاية الموجبة لـ emf ويعود إلى النهاية السالبة.

تطبيقات قانون لينز

يستخدم قانون لينز لتحديد اتجاه التيار المستحث وشرح كيفية إطاعة الدوائر الكهرومغناطيسية لحفظ الطاقة وقانون نيوتن الثالث، من تطبيقات قانون لنز

• موازين إيدي الحالية .
• أجهزة الكشف عن المعادن .
• دينامومترات إيدي الحالية .
• أنظمة الكبح في القطار .
• مولدات التيار المتردد .
• قراء البطاقات .
• ميكروفونات .

شرح قاعدة لنز

لفهم قانون لينز بشكل أفضل ، دعونا ننظر في حالتين:

الحالة 1: عندما يتحرك المغناطيس نحو الملف

عندما يقترب القطب الشمالي للمغناطيس نحو الملف، يزداد التدفق المغناطيسي المرتبط به. وفقًا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، عندما يحدث تغيير في التدفق، يتم تحفيز التيار في الملف وينشأ مجال مغناطيسي خاص بهذا التيار.

وفقا لقانون لينز الآن، سيتعارض هذا المجال المغناطيسي المنشأ مع مجاله الذاتي أو بمعنى آخر، سيقاوم زيادة التدفق عبر الملف، وهذا يكون ممكنا فقط إذا وصل الجانب المقترب من الملف إلى القطب الشمالي، حيث نعلم أن الأقطاب المتشابهة تتنافر. بمجرد معرفة القطبية المغناطيسية للجانب المقترب من الملف، يمكننا بسهولة تحديد اتجاه التيار الناتج باستخدام قاعدة اليد اليمنى. في هذه الحالة، سيتدفق التيار في الاتجاه المعاكس لعقارب الساعة.

الحالة 2: عندما يتحرك المغناطيس بعيدًا عن الملف

عندما يتحرك القطب الشمالي للمغناطيس بعيدًا عن الملف، ينخفض التدفق المغناطيسي المرتبط بالملف. وبموجب قانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، يتم توليد قوة دفع الكهرباء الحثية وبالتالي التيار في الملف، وسيخلق هذا التيار مجالًا مغناطيسيًا خاصًا به.

وفقا لقانون لينز حاليا ، فإن المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه سيتعارض مع مجاله أو بمعنى آخر ، يتعارض مع انخفاض التدفق عبر الملف. هذا يحدث فقط إذا وجدت قطبية جنوبية قريبة من جانب الملف ، حيث تتجذب الأقطاب المتباينة. بمجرد تحديد القطبية المغناطيسية لجانب الملف ، يمكننا بسهولة تحديد اتجاه التيار المستحث باستخدام قاعدة اليد اليمنى. في هذه الحالة ، يتدفق التيار في اتجاه عقارب الساعة.

لاحظ أن استخدام قاعدة الإبهام اليمنى يمكن أن يساعد في تحديد اتجاهات المجال المغناطيسي أو التيار، حيث يتم وضع أصابع اليد اليمنى حول السلك بحيث يشير الإبهام في اتجاه تدفق التيار، ويمكن تحديد اتجاه المجال المغناطيسي الناتج عن السلك عن طريق تجعيد الأصابع.

تقرير عن قانون لنز

قانون لينز والحفاظ على الطاقة يتعلق بتوليد تيار كهربائي في دائرة كهربائية مغناطيسية. ويجب الامتثال لهذا القانون للحفاظ على الطاقة، فعندما يتم إنشاء تيار مستحث في دائرة كهربائية مغناطيسية، يتم إنشاء مجال مغناطيسي يعاكس المجال المغناطيسي الذي أنشأه. وفي الواقع، قانون لينز هو نتيجة لقانون الحفاظ على الطاقة.

إذا كان المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المستحث يتجه في نفس الاتجاه الذي تم إنتاج المجال المغناطيسي منه، فإن هذين المجالين المغناطيسيين سيتحدان ويخلقان مجالًا مغناطيسيًا أكبر، وسيؤدي هذا المجال المغناطيسي الكبير المشترك بدوره إلى إحداث تيار آخر داخل الموصل بحجم ضعف التيار المستحث الأصلي.

وهذا بدوره سيخلق مجالًا مغناطيسيًا آخر يحفز تيارًا آخر ، وما إلى ذلك  ، لذلك يمكننا أن نرى أنه إذا لم يفرض قانون لينز أن التيار المستحث يجب أن يخلق مجالًا مغناطيسيًا يعاكس المجال الذي أنشأه – فسننتهي بحلقة تغذية مرتدة إيجابية لا نهاية لها ، مما يكسر الحفاظ على الطاقة (لأننا فعالون خلق مصدر طاقة لا نهاية له).

يخضع قانون لينز أيضًا لقانون نيوتن الثالث للحركة (أي أنه يوجد دائمًا رد فعل مساوٍ ومعاكس لكل فعل) ، إذا كان التيار المستحث يخلق مجالًا مغناطيسيًا مساويًا ومعاكسًا لاتجاه المجال المغناطيسي الذي يخلقه ، فيمكنه فقط مقاومة التغيير في المجال المغناطيسي في المنطقة ، هذا يتوافق مع قانون نيوتن الثالث للحركة.

اسئلة على قاعدة لنز

لنفترض وجود ملف مكون من 50 لفة في مستوى الصفحة، ويتم توجيهه إلى الصفحة في مجال مغناطيسي موحد بشدة 1.50 T. يبلغ مساحة الملف في الأصل 0.250 متر مربع، وتم شدها بحيث لا تكون لها مساحة في 0.100 ثانية. فما هو اتجاه وحجم emf المستحث في الملف؟

7: (أ) يقوم فني التصوير بالرنين المغناطيسي بتحريك يده من منطقة ذات مجال مغناطيسي منخفض للغاية إلى مجال 2.00 T في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي مع توجيه أصابعه في اتجاه المجال. ابحث عن متوسط ​​emf المستحث في خاتم الزواج ، نظرًا لأن قطره يبلغ 2.20 سم وبافتراض أن الأمر يستغرق 0.250 ثانية لنقله إلى الحقل. (ب) ناقش ما إذا كان هذا التيار سيغير درجة حرارة الحلقة بشكل كبير.

بالإشارة إلى الموقف في المشكلة السابقة: (أ) ما هو التيار الذي يمر في الحلقة إذا كانت مقاومتها تساوي 0.0100 أوم؟

 ما هي قيمة متوسط القوة المتبددة؟ ما هو المجال المغناطيسي الذي يتم إنشاؤه في مركز الحلقة؟ ما هو اتجاه المجال المغناطيسي المستحث بالنسبة لمجال التصوير بالرنين المغناطيسي؟