Τι είναι ο νόμος του Lenz; – Ορισμός, Τύπος, Πείραμα.

Ο νόμος του Len πήρε το όνομά του από τον επιστήμονα Emil Lenz. Βασίζεται στον τρίτο νόμο της κίνησης του Νεύτωνα και στην αρχή της διατήρησης της ενέργειας. Η κατεύθυνση του επαγόμενου ρεύματος μπορεί να προσδιοριστεί πιο εύκολα από αυτόν τον νόμο.

Τι είναι ο νόμος του Lenz;

Ξέρετε πώς να εξηγήσετε τον νόμο του Lenz; Ο ορισμός του νόμου του Lenz:Σύμφωνα με τον νόμο του Lenz, «Ηλεκτροκινητικές δυνάμεις διαφορετικών πολικοτήτων δημιουργούν ένα ρεύμα του οποίου το μαγνητικό πεδίο είναι σε κατεύθυνση αντίθετη από τη μεταβολή της μαγνητικής ροής κατά μήκος του βρόχου. Αυτό διασφαλίζει ότι όταν το ρεύμα ρέει μέσω του βρόχου, διατηρείται η αρχική ροή μέσω αυτού.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω στον ορισμό του νόμου Lenz, αυτός ο νόμος βασίζεται στον τρίτο νόμο της κίνησης του Νεύτωνα και στην αρχή της διατήρησης της ενέργειας.

Τύπος νόμου του Lenz

Ο τύπος του νόμου Lenz μπορεί να προέλθει από τον τύπο του νόμου του Faraday. Εκφράζεται ως:

Εδώ, 

Το ε αντιπροσωπεύει την τάση που προκαλείται. Ονομάζεται επίσης ηλεκτροκινητικές δυνάμεις,

Δϕ σημαίνει την αλλαγή μαγνητικής ροής,

Το N αντιπροσωπεύει τον αριθμό των βρόχων,

Το Δt σημαίνει την αλλαγή στο χρόνο.

Εφαρμογές του νόμου του Lenz

Υπάρχουν πολλές εφαρμογές του νόμου του Lenz. Ακολουθούν μερικά από αυτά:

• Οι συσκευές ανάγνωσης καρτών αποτελούν παράδειγμα νόμου του Lenz.
• Ανιχνευτές μετάλλων
• A.C. γεννήτριες
• Μικρόφωνα
• Το τρέχον υπόλοιπο είναι ένα παράδειγμα νόμου του Lenz.
• Τα δυναμόμετρα δινορευμάτων αποτελούν επίσης παράδειγμα νόμου του Lenz.
• Συστήματα πέδησης στο τρένο

Πείραμα του νόμου του Lenz

Ο νόμος του Lenz μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης της ηλεκτροκινητικής δύναμης που προκαλείται και του ρεύματος που παράγεται από αυτήν. Πολλά πειράματα μπορούν να πραγματοποιηθούν βάσει αυτού του νόμου.

Πρώτο πείραμα

Στο πρώτο του πείραμα, ο Lenz κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι γραμμές μαγνητικού πεδίου δημιουργούνται όταν το ρεύμα ρέει μέσα από το πηνίο και ολοκληρώνει το κύκλωμα. Η μαγνητική ροή αυξάνεται με την αύξηση της ροής του ρεύματος μέσω του πηνίου. Το επαγόμενο ρεύμα ρέει προς μια κατεύθυνση που αντιτίθεται στην αλλαγή της μαγνητικής ροής.

Δεύτερο πείραμα

Στο δεύτερο πείραμά του, ο Lenz κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένα επαγόμενο ρεύμα δημιουργείται εάν τυλίξουμε ένα ρεύμα που μεταφέρει πηνίο σε μια σιδερένια ράβδο και το αριστερό άκρο του συμπεριφέρεται ως Ν-πόλος και μετακινηθεί προς το S του πηνίου.

Τρίτο πείραμα

Στο τρίτο του πείραμα, ο Lenz κατέληξε στο συμπέρασμα ότι όταν τραβάμε το πηνίο που μεταφέρει ρεύμα προς τη μαγνητική ροή, η περιοχή του πηνίου μέσα στο μαγνητικό πεδίο μειώνεται. Ο νόμος του Lenz δηλώνει ότι η κίνηση του πηνίου είναι αντίθετη όταν εφαρμόζουμε το επαγόμενο ρεύμα προς την ίδια κατεύθυνση.

Μια δύναμη εφαρμόζεται από το μαγνητικό στον βρόχο για να δημιουργήσει ρεύμα. Το ρεύμα μαγνήτη πρέπει επίσης να ασκήσει δύναμη σε αυτό για να αντιταχθεί στην αλλαγή.

Άλλοι σημαντικοί νόμοι στη Φυσική

Δήλωση Clausius

Αναφέρει ότι, 

«Δεν μπορούμε να σχεδιάσουμε μια συσκευή που να λειτουργεί σε κύκλο και να μην παράγει άλλο αποτέλεσμα εκτός από τη μεταφορά θερμότητας από ένα κρύο σε ένα ζεστό αντικείμενο ή φυσικό σώμα». Αυτό σημαίνει ότι η μεταφορά της θερμικής ενέργειας γίνεται αυθόρμητα προς την κατεύθυνση στην οποία μειώνεται η θερμοκρασία. Ας υποθέσουμε ότι δεν μπορεί να κατασκευαστεί ένα ψυγείο που λειτουργεί χωρίς καμία εισροή εργασίας.

Αυτή η δήλωση μπορεί να αποδειχθεί από το γεγονός ότι ένα ψυγείο με συντελεστή απόδοσης ίσο με το άπειρο δεν μπορεί να υπάρξει.

Δήλωση Kelvin-Planck

Αυτή η δήλωση είναι μια τροποποίηση του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής, ο οποίος δηλώνει ότι «δεν μπορούμε να δημιουργήσουμε μια συσκευή που λειτουργεί σε έναν κύκλο και δεν παράγει κανένα άλλο αποτέλεσμα εκτός από τη μεταφορά θερμότητας από ένα μεμονωμένο αντικείμενο για να εκτελέσει εργασία». Αυτό δείχνει ότι δεν μπορούμε να κατασκευάσουμε έναν κινητήρα του οποίου ο μόνος σκοπός είναι να μετατρέψει τη θερμότητα από μια πηγή ή μια δεξαμενή με υψηλή θερμοκρασία σε έργο ίσης ποσότητας.

Είναι γνωστό ότι η εργασία και η θερμότητα είναι δύο μορφές ενέργειας. Και οι δύο μπορούν να μετατραπούν μεταξύ τους και να ακολουθήσουν την ίδια μονάδα S.I., δηλαδή Joules. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορούμε να μετατρέψουμε την εργασία πλήρως σε θερμότητα, αλλά το αντίστροφο δεν είναι δυνατό. Επομένως, μπορούμε να ονομάσουμε τη θερμότητα χαμηλής ποιότητας ενέργεια και την εργασία ως ενέργεια υψηλής ποιότητας.

Η δήλωση Kelvin-Planck είναι ένας συνδυασμός δύο διαφορετικών δηλώσεων που δόθηκαν από δύο διαφορετικούς επιστήμονες που ονομάζονται Planck και Kelvin. Ως εκ τούτου, αναφέρονται ως δήλωση του Planck και δήλωση του Kelvin.

Σύμφωνα με τη δήλωση του Kelvin, είναι αδύνατο να παραχθεί ένα μηχανικό αποτέλεσμα από οποιαδήποτε ύλη μειώνοντας τη θερμοκρασία της κάτω από την υψηλότερη θερμοκρασία ψύξης των αντικειμένων γύρω της.

Σύμφωνα με τη δήλωση του Planck, το άθροισμα όλων των εντροπιών ενός αντιστρέψιμου συστήματος παραμένει σταθερό.

Η δήλωση Κέλβιν-Πλανκ προέκυψε από τη σύζευξη αυτών των δύο δηλώσεων.

Νόμος διατήρησης της μάζας

Αυτή η μάζα ανακαλύφθηκε από τον Antoine Laurent Lavoisier το έτος 1789. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της μάζας, «Μέσα σε ένα κλειστό σύστημα, η μάζα παραμένει αμετάβλητη σε δεδομένο χρόνο». Επομένως, σε ένα απομονωμένο σύστημα, η μάζα δεν μπορεί ούτε να δημιουργηθεί ούτε να εξαλειφθεί, αλλά μπορεί να μετατραπεί από τη μια μορφή στην άλλη. Για χαμηλές θερμοδυναμικές διεργασίες, η μάζα των αντιδρώντων ισούται με αυτή των προϊόντων.

Αυτός ο νόμος τροποποιήθηκε αργότερα με βάση τις έννοιες της κβαντικής μηχανικής και της ειδικής σχετικότητας, σύμφωνα με τις οποίες η μάζα και η ενέργεια είναι μια ενιαία διατηρημένη οντότητα.

Ο τύπος του νόμου της διατήρησης της μάζας:

Χρησιμοποιώντας τη μηχανική συνεχούς και την εξίσωση συνέχειας στη μηχανική ρευστών, ο νόμος διατήρησης της μάζας μπορεί να εκφραστεί ως, 

Νόμος του Φουριέ

Είναι γνωστό ότι η αγωγιμότητα της θερμότητας συμβαίνει στη δόνηση των μορίων της ύλης. Η μεταφορά θερμικής ενέργειας γίνεται από μια περιοχή υψηλής θερμοκρασίας σε μια περιοχή με χαμηλότερη θερμοκρασία. Ο νόμος του Φουριέ ακολουθείται από αυτό το φαινόμενο. Είναι επίσης γνωστός ως νόμος της θερμικής αγωγιμότητας.

Σύμφωνα με το νόμο του Fourier, «η αρνητική κλίση της θερμοκρασίας και ο ρυθμός μεταφοράς θερμότητας σε σχέση με το χρόνο αντιστοιχεί στην περιοχή κάθετη σε εκείνη την κλίση κατά μήκος της οποίας ρέει η θερμική ενέργεια. Ο νόμος του Φουριέ αναφέρεται επίσης ως νόμος της αγωγιμότητας της θερμότητας.

Ο νόμος του Ohm και ο νόμος του Νεύτωνα για την ψύξη είναι ηλεκτρικά ανάλογα του νόμου του Fourier.

Νόμος της Ηλεκτρομαγνητικής Επαγωγής του Faraday

Αυτός ο νόμος είναι θεμελιώδης για την έννοια του ηλεκτρομαγνητισμού. Μας βοηθά να κατανοήσουμε την αλληλεπίδραση ενός μαγνητικού πεδίου με ένα ηλεκτρικό κύκλωμα που έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή ηλεκτροκινητικής δύναμης ή emf. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική επαγωγή.

Υπάρχουν δύο νόμοι ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, οι οποίοι δόθηκαν από έναν φυσικό ονόματι Michael Faraday το 1831. Αυτά ήταν τα αποτελέσματα των παρατηρήσεών του με βάση τα πειράματά του. Πραγματοποίησε τρία κύρια πειράματα για να ανακαλύψει την έννοια της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Οι νόμοι του Faraday έχουν πολλές εφαρμογές, όπως στη λειτουργία ηλεκτρικού εξοπλισμού όπως μετασχηματιστές και επαγωγικές κουζίνες, για την καταγραφή της ταχύτητας των υγρών και την εργασία ηλεκτρικών κιθάρων και βιολιών.

Ο πρώτος νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday

Αυτός ο νόμος ορίζει ότι όταν ένας αγωγός διατηρείται σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο, εμφανίζεται η επαγωγή μιας ηλεκτροκινητικής δύναμης. Ένα ρεύμα προκαλείται στο κύκλωμα του αγωγού εάν είναι κλειστό. Αυτό το ρεύμα αναφέρεται ως επαγόμενο ρεύμα.

Ο δεύτερος νόμος του Faraday για την ηλεκτρομαγνητική επαγωγή

Αυτός ο νόμος δηλώνει ότι η επαγόμενη ηλεκτροκινητική δύναμη σε ένα πηνίο ισούται με τον ρυθμό μεταβολής της μαγνητικής ροής που συνδέεται με αυτό.

Συμπέρασμα

Στο άρθρο, προσπαθήσαμε να εξηγήσουμε τον νόμο του Lenz και όλες τις κύριες έννοιες που σχετίζονται με αυτόν. Επιπλέον, έχουμε επίσης συζητήσει με ακρίβεια κάποιους άλλους σημαντικούς νόμους στη Φυσική. Ελπίζουμε όταν ολοκληρώσετε την ανάγνωσή του, θα είστε σε θέση να απαντήσετε στις περισσότερες ερωτήσεις που βασίζονται σε αυτές τις έννοιες, όπως η εξήγηση του νόμου Lenz, ο τύπος του νόμου Lenz, ο ορισμός του νόμου Lenz και ούτω καθεξής.

Συχνές ερωτήσεις

Ε) Πώς βασίζεται ο νόμος του Lenz στη διατήρηση της ενέργειας;

Α) Σύμφωνα με τον ορισμό του νόμου του Lenz, η κατεύθυνση του επαγόμενου ρεύματος είναι πάντα αντίθετη από την ηλεκτροκινητική δύναμη που το παράγει. Ο νόμος του Lenz εξήγησε ότι η εργασία πρέπει να εκτελεστεί ενάντια σε αυτήν την αντίθετη δύναμη που έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή στην τιμή της μαγνητικής ροής και την επαγωγή του ρεύματος. Το όνομα που δόθηκε σε αυτή την επιπλέον εργασία που εκτελείται είναι ηλεκτρική ενέργεια. Επομένως, ακολουθείται ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας.

Ε) Να αναφέρετε τη διαφορά μεταξύ του νόμου του Lenz και του νόμου του Faraday.

Α) Ενώ ο Lenz ικανοποιεί το νόμο της διατήρησης της ενέργειας και εφαρμόζει ηλεκτρομαγνητική επαγωγή, ο νόμος του Faraday αντιστοιχεί στην ηλεκτρομαγνητική δύναμη που δημιουργείται.

Q) Αναφέρετε την κύρια σημασία του νόμου του Lenz.

Α) Η κατεύθυνση του επαγόμενου ρεύματος καθορίζεται από το νόμο του Lenz πολύ εύκολα. Επομένως, αυτός ο νόμος είναι κυρίως σημαντικός λόγω αυτής της εφαρμογής.

Ε) Τι δείχνει το αρνητικό πρόσημο στο νόμο του Lenz;

Α) Ο τύπος του νόμου του Lenz περιέχει ένα αρνητικό πρόσημο που δείχνει ότι η ηλεκτροκινητική δύναμη που προκαλείται είναι σε κατεύθυνση αντίθετη από αυτή της μαγνητικής ροής που σχετίζεται με το πηνίο.

Ε) Πού χρησιμοποιείται κυρίως ο νόμος του Lenz;

Ο νόμος του Lenz χρησιμοποιείται κυρίως ενώ εξηγεί πώς τα ηλεκτρομαγνητικά κυκλώματα ακολουθούν τον τρίτο νόμο του Νεύτωνα και τον νόμο της διατήρησης της ενέργειας καθώς ο νόμος του Lenz εξήγησε αυτές τις έννοιες πολύ καθαρά.