نص وشرح قانون لينز
تم اكتشاف قانون لينز في الكهرومغناطيسية (بالإنجليزية: Lenz's law) عام 1834م على يد الفيزيائي الروسي هاينريش فريدريش إميل لينز (1804-1865)، وهو ينص على أن التيار الكهربائي المستحث يسير في اتجاه يعاكس، أو يقاوم التغيير في المجال المغناطيسي الذي تسبّب في نشأته؛ فمثلاً عند تقريب مغناطيس مستقيم من حلقة موصلة، فإنه سيتولد فيها قوة دافعة كهربائية مستحثّة تسبّب تدفق تيار كهربائي مستحث فيها، باتجاه يولّد مجالاً مغناطيسياً بسبب التيار المتدفق في الحلقة حولها ليحوّلها إلى مغناطيس يعاكس زيادة تدفق المجال المغناطيسي المسبّب لتدفق التيار فيها، كما في الشكل أدناه:[١][٢]
وبشكل عام إذا كان التغيير في التدفق المغناطيسي يتمثل بزيادة في المقدار دون تغيير الاتجاه، فإن التيار سوف يتدفق باتجاه يخلق مجالاً مغناطيسيًا يعاكس اتجاه خطوط المجال المغناطيسي الأصلي الذي تسبب في نشأته.[١][٢]
يمكن تحديد اتجاه التيار الكهربائي الناتج باستخدام قاعدة اليد اليمنى (أو قاعدة قبضة اليد اليمنى) فبعد تحديد اتجاه المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المستحث، والذي يعاكس دائماً اتجاه المجال المغناطيسي الأصلي، يتم توجيه إبهام اليد اليمنى في اتجاه تدفق هذا المجال المغناطيسي، ثم يتم لف أصابع اليد اليمنى للداخل، ليكون اتجاه حركتها هو الاتجاه الذي يتدفق فيه التيار عبر ملف السلك.[٢]
يجدر بالذكر هنا أن الفرق بين قانون لينز وقانون فارادي يتمثل بأن قانون لينز يتعلق بالحفاظ على الطاقة المطبّقة على الحث الكهرومغناطيسي، بينما يدور قانون فاراداي حول القوة الكهرومغناطيسية المنتجة.[٣]
صيغة قانون لينز الرياضية
وفقًا لقانون لينز عند حدوث تغير في التدفق المغناطيسي عبر موصل، فإن ذلك سيُنتج تيارًا مستحثًا متدفقاً فيه يعاكس مجاله المغناطيسي الناتج عنه المجال المغناطيسي الأولي الذي أنتجه، ويتم التعبير عن ذلك رياضياً عبر القانون الآتي:[٤]
حيث:
ε = القوة الدافعة الكهربائية المستحثّة.
δΦB = التغير في التدفق المغناطيسي.
δt = التغير في الزمن.
N = عدد لفات أو دورات الملف.
تشير الإشارة السالبة المستخدمة في قانون لينز ببساطة إلى أن القوة الدافعة المستحثة في الملف اتجاهها يعاكس التغيير في التدفق المغناطيسي الحاصل في بالملف والذي سبب نشأتها.[٥]
أمثلة على قانون لينز
احسب قيمة القوة الدافعة الكهربائية المستحثة والناشئة في ملف مكون من حلقة واحدة نصف قطرها هو 0.06م عند دفع مغناطيس نحوه بحيث تتغير متوسط قيمة المجال المغناطيسي عبر الملف من 0.05 تسلا إلى 0.25 تسلا خلال مدة زمنية مقدارها 0.1 ثانية.[٦]
- N = 1.
- δt = 0.1.
- التغير في التدفق المغناطيسي (δΦB) = مساحة الملف الدائري × قيمة التغير في المجال المغناطيسي =π × مربع نصف قطر الملف الدائري × قيمة التغير في المجال المغناطيسي، ومنه:
- التغير في التدفق المغناطيسي (δΦB) = (π×0.06×0.06×(0.025-0.05، ومنه:
- التغير في التدفق المغناطيسي (δΦB) = 0.00226 ويبر.
- القوة الدافعة الكهربائية (ε) = عدد لفات الملف (N) × (التغير في التدفق المغناطيسي (δΦB)/ التغير في الزمن (δt))
- القوة الدافعة الكهربائية (ε) = 1×(0.00226/0.1)
- القوة الدافعة الكهربائية (ε) = 0.0226 فولت = 22.6 ميلي فولت.
ملف تم استبداله بملف آخر لديه ضعف عدد حلقاته، حدد نسبة القوة الدافعة الكهربائية في الملف الأول إلى القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في الملف الثاني على اعتبار ثبات معدل التغير في التدفق المغناطيسي.[٧]
- عدد لفات الملف الأول = N.
- عدد لفات الملف الثاني = 2N.
- معدل التغير في التدفق المغناطيسي في الملف الأول = معدل التغير في التدفق المغناطيسي في الملف الثاني = (δΦB / δt)
- لحساب نسبة القوة الدافعة الكهربائية بين الملف الأول والملف الثاني علينا استخدام قانون لينر، وتعويض القيم فيه:
- القوة الدافعة الكهربائية في الملف الأول = عدد لفات الملف الأول (N) × (التغير في التدفق المغناطيسي (δΦB)/ التغير في الزمن (δt)).
- القوة الدافعة الكهربائية في الملف الثاني = عدد لفات الملف الثاني (2N) × (التغير في التدفق المغناطيسي (δΦB)/ التغير في الزمن (δt)).
- النسبة بين القوة الدافعة الكهربائية في الملف الأول إلى القوة الدافعة الكهربائية في الملف الثاني = (δΦB / δt) 2N (δΦB / δt) ÷ N، ومنه:
- النسبة بين القوة الدافعة الكهربائية في الملف الأول إلى القوة الدافعة الكهربائية في الملف الثاني = 1 : 2.
تطبيقات قانون لينز
هناك العديد من تطبيقات على قانون لينز في الحياة العملية، ومنها:[٨][٩][٤]
- دينامومترات التيار الدوامي.
- أنظمة الكبح في القطار.
- مولدات التيار المتردد.
- أجهزة قراءة البطاقات.
- الميكروفونات.
- أجهزة كشف المعادن.
- المحولات الكهربائية.
المراجع
- ^ أ ب "Lenz's law", Britannica, Retrieved 27/7/2021.
- ^ أ ب ت "Lenz's Law (Physics) Definition, Equation & Examples", SCIENCING, 29/4/2021, Retrieved 27/7/2021.
- ↑ "Lenz's Law", byjus, 9/10/2020, Retrieved 28/7/2021.
- ^ أ ب "Lenz Law", VEDANTU, 3/7/2020, Retrieved 28/7/2021.
- ↑ "What does the negative sign indicate in Lenz's law?", toppr, Retrieved 28/7/2021.
- ↑ "Faraday’s and Lenz’s Law", OpenStax, Retrieved 15/8/2021.
- ↑ "Electromagnetic induction, induced EMF – problems and solutions", Basic physics, 22/6/2021, Retrieved 15/8/2021.
- ↑ "What is Lenz’s Law?", byjus, 9/10/2020, Retrieved 27/7/2021.
- ↑ "Lenz’s Law In Transformer | Electrical Machines | EE", The Gate Academy, Retrieved 27/7/2021.
