Lenzin laki
Lenzin laki on yleinen tapa ymmärtää, miten sähkömagneettiset piirit noudattavat Newtonin kolmatta lakia ja energian säilymistä. Lenzin laki on nimetty Emil Lenzin mukaan, ja se sanoo:
Indusoitu sähkömotorinen voima (emf) synnyttää aina virran, jonka magneettikenttä vastustaa alkuperäisen magneettivuon muutosta.
Lenzin laki näkyy Faradayn induktiolain negatiivisella merkillä:
E = - ∂ Φ B ∂ t {\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {\partial \Phi _{\mathrm {B}} }}{{\partial t}}}} 
,
mikä osoittaa, että indusoitu emf (ℰ) ja magneettivuon muutos (∂ΦB) ovat vastakkaismerkkisiä.
Indusoitunut emf ja siitä aiheutuva indusoitunut virta ovat vastapäivään, kun B suuntautuu sivulta ulospäin ja piirin pinta-ala pienenee. Tämän piirin läpi kulkeva virta pienenee ulospäin. Nyt indusoitu virta I tuottaa oman magneettikenttänsä, ja voimme käyttää oikean käden kourasääntöä tämän kentän suunnan laskemiseen. Tuloksena on, että indusoidun virran aiheuttama magneettikenttä suuntautuu myös ulospäin piirin sisällä. Aivan kuin luonto yrittäisi tämän indusoidun kentän avulla kompensoida sovelletun kentän B aiheuttamaa vuon vähenemistä. Kokeellisesti tämä osoittautuu yleiseksi säännöksi, joten voimme sanoa, että
Indusoidun sähkömagneettisen kentän suunta on aina sellainen, että se on vastakkainen sen aiheuttavan muutoksen kanssa.
Tämä on Lenzin laki.
Toisena esimerkkinä Lenzin lain soveltamisesta voidaan tarkastella johdinkäämiä, johon yhtäkkiä kytketään akku. Oletetaan, että akku käynnistää virran, joka kulkee havaitsijan näkökulmasta katsottuna myötäpäivään. Tämä virta synnyttää magneettikentän, jonka linjat kiertävät kelan ympäri ja kiertävät takaisin sen ulkopuolelle. Näin ollen paristosta johtuvan virran kasvaessa kelan läpi kulkee muuttuva magneettivuo, jonka on johdettava kelan indusoitunut emf. Mikä on tämän indusoidun emf:n suunta? Lenzin laki kertoo meille heti, että sen on oltava vastapäivään, jotta se vastaisi virran muodostumista. Vastaavasti, kun virtapiirin virta katkeaa, indusoitunut emf pyrkii estämään virran sammumisen, ja tämä selittää kipinöinnin, joka havaitaan, kun kytkimiä avataan hitaasti. Indusoitunutta emf:ää virtapiirissä, jonka virta muuttuu, kutsutaan vaste-emf:ksi, koska se vastustaa aina virran muutosta. Se syntyy virran oman magneettikentän muutoksesta, jota kutsutaan itseinduktanssiksi.
Jos Lenzin laki ei olisi totta, virran kasvu käämissä johtaisi emf:ään, joka auttaisi akkua, mikä lisäisi virtaa entisestään, aiheuttaisi lisää emf:ää ja lisäisi virtaa entisestään, ja tämä jatkuisi loputtomiin. Tämä olisi epävakaa tilanne, jossa energian säilymisen periaatetta ei noudatettaisi. Tällaista
päättelyä voidaan laajentaa muihin tilanteisiin, joissa tasapainossa oleva järjestelmä siirtyy, ja päädytään seuraavaan periaatteeseen.
Kun tasapainossa oleva järjestelmä häiriintyy, tasapaino siirtyy suuntaan, joka pyrkii kumoamaan häiriön vaikutukset.
Tätä Lenzin lain yleistystä kutsutaan Le Chatelierin periaatteeksi
.
Lenzs-law-induktori
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on Lenzin laki?
A: Lenzin lain mukaan indusoitu sähkömotorinen voima (emf) synnyttää aina virran, jonka magneettikenttä vastustaa alkuperäisen magneettivuon muutosta.
K: Miten Lenzin laki näkyy Faradayn induktiolaissa?
V: Faradayn induktiolaissa Lenzin laki esitetään negatiivisella merkillä, mikä osoittaa, että indusoitunut emf ja magneettivuon muutos ovat vastakkaismerkkisiä.
K: Mihin suuntaan indusoitunut virta kulkee, kun B' suuntautuu sivulta ulospäin ja virtapiirin pinta-ala pienenee?
V: Indusoitunut virta kulkee vastapäivään, kun B' suuntautuu sivusta ulospäin ja piirin pinta-ala pienenee.
K: Mitä luonto yrittää tehdä tämän indusoidun kentän avulla?
V: Luonto yrittää kompensoida sovelletun kentän aiheuttamaa vuon vähenemistä luomalla indusoidun virran aiheuttaman ulospäin suuntautuvan magneettikentän piiriin.
K: Mitä tapahtuu, kun paristo kytketään yhtäkkiä johtokelaan?
V: Kun paristo kytketään yhtäkkiä lankakäämiin, se käynnistää virran, joka kulkee tarkkailijan näkökulmasta katsottuna myötäpäivään. Tämä synnyttää indusoidun emf:n, joka on Lenzin lain mukaan vastapäivään ja vastustaa kytkennän aiheuttamaa virran kasvua.
Kysymys: Mikä vaikutus itseinduktanssilla on virtapiireihin, joissa virrat muuttuvat?
V: Itseinduktanssi saa aikaan sen, että virran lisääntyminen käämin sisällä aiheuttaa emf:n, joka vastustaa tätä lisääntymistä, mikä estää epävakaat tilanteet, joissa energian säilymistä rikottaisiin.
K:Mikä periaate voidaan laajentaa Lenzin laista?
V: Lenzin laki voidaan laajentaa Le Chatelierin periaatteeksi, jonka mukaan kun järjestelmän tasapaino on häiriintynyt, tasapaino siirtyy niin, että häiriön aiheuttamat vaikutukset kumoutuvat.
