Правило Ленца.

Направление индукционного тока и сохранение энергии

Индукционный ток, возникший в проводнике, немедленно начинает взаимодействовать с породившим его током или маг­нитом. Если магнит (или катушку с током) приближать к зам­кнутому проводнику, то появляющийся индукционный ток своим магнитным полем обязательно отталкивает магнит (ка­тушку). Для сближения магнита и катушки нужно совершить работу. При удалении магнита возникает притяжение. Это правило выполняется неукоснительно. Представьте себе, что дело обстояло бы иначе: вы подтолкнули магнит к катушке, и он сам собой устремился бы внутрь нее. При этом нарушился бы закон сохранения энергии. Ведь механическая энергия магнита увеличилась бы и одновременно возникал бы ток, что само по себе требует затраты энергии, ибо ток тоже может со­вершать работу. Природа мудро распорядилась направлением индукционного тока, с тем чтобы запасы энергии не изменя­лись. Индуцированный в якоре генератора электрический ток, взаимодействуя с магнитным полем статора, тормозит вращение якоря. Только поэтому для вращения якоря нужно совершать работу, тем большую, чем больше сила тока. За счет этой работы и возникает индукционный ток.

Интересно отметить, что если бы магнитное поле нашей планеты было очень большим и сильно неоднородным, то быстрые движения проводящих тел на ее поверхности и в атмос­фере были бы невозможны из-за интенсивного взаимодейст­вия индуцированного в теле тока с этим полем. Тела двига­лись бы как в плотной вязкой среде и при этом сильно разо­гревались бы. Ни самолеты, ни ракеты не могли бы летать. Человек не мог бы быстро двигать ни руками, ни ногами, так как человеческое тело — неплохой проводник.

Если катушка, в которой наводится ток, неподвижна отно­сительно соседней катушки с переменным током, как, напри­мер, у трансформатора, то и в этом случае направление индук­ционного тока диктуется законом сохранения энергии. Этот ток всегда направлен так, что созданное им магнитное поле стремится уменьшить изменения тока в первичной обмотке.

Правило Ленца

Отталкивание или притяжение магнита катушкой зависит от направления индукционного тока в ней. Поэтому закон со­хранения энергии позволяет сформулировать правило, опре­деляющее направление индукционного тока.

В чем состоит различие двух опытов: приближение магнита к катушке и его удаление? В первом случае магнитный поток (или число линий магнитной индукции, пронизывающих вит­ки катушки) увеличивается (рис. 5.5, а), а во втором случае — уменьшается (рис. 5.5, б). Причем в первом случае линии ин­дукции В' магнитного поля, созданного возникшим в катушке индукционным током, выходят из верхнего конца катушки, так как катушка отталкивает магнит, а во втором случае, на­оборот, входят в этот конец. Эти линии магнитной индукции на рисунке 5.5 изображены штрихом.

Теперь мы подошли к главному: при увеличении магнитно­го потока через витки катушки индукционный ток имеет та­кое направление, что создаваемое им магнитное поле препят­ствует нарастанию магнитного потока через витки катушки. Ведь вектор индукции В' этого поля направлен против вектора индукции В поля, изменение которого порождает электриче­ский ток. Если же магнитный поток через катушку ослабева­ет, то индукционный ток создает магнитное поле с индукцией В', увеличивающее магнитный поток через витки катушки.

В этом состоит сущность общего правила определения на­правления индукционного тока, которое применимо во всех случаях. Это правило было установлено русским физиком Э. X. Ленцем (1804—1865).

С огласно правилу Ленца возникающий в замкнутом кон­туре индукционный ток имеет такое направление, что со­зданный им магнитный поток через поверхность, ограничен­ную контуром, стремится препятствовать тому изменению потока, которое порождает данный ток.

В случае сверхпроводников компенсация изменения внеш­него магнитного потока будет полной. Поток магнитной ин­дукции через поверхность, ограниченную сверхпроводящим контуром, вообще не меняется со временем ни при каких ус­ловиях. Подробнее об этом пойдет речь в дальнейшем.

Направление индукционного тока определяется законом сохранения энергии. Индукционный ток во всех случаях своим магнитным полем препятствует изменению маг­нитного потока, вызывающему данный ток.