3. Правило Ленца

Пусть перемычка замкнутого проводника (рис. 3.51) движется в магнитном поле со скоростью (на рис 3.52 показана движущаяся часть контура). В нем возникают э.д.с. и индукционный ток, направление которого можно было бы определить по правилу правой руки. Но возможны всего два варианта направления индукционного тока – к нам или о нас.

Исследуем оба случая. Если индукционный ток направлен к нам (стрелка 1), то проводник выталкивается силой Ампера по направлению скорости, что легко установить по правилу левой руки. Теперь не надо проводник заставлять двигаться в указанном направлении (даже ускоренно) и можно вырабатывать электроэнергию. Это было бы слишком хорошо, чтобы быть правдой. Был бы нарушен основной закон природы – закон сохранения энергии. Но где была допущена ошибка в наших рассуждениях? Очевидно, когда мы произвольно допустили, что индукционный ток направлен по стрелке 1.

Пусть ток направлен от нас (по стрелке 2). Тогда на проводник будет действовать сила Ампера , что легко установить по правилу левой руки. Чтобы проводник двигался равномерно, т.е. чтобы поддерживалась постоянная э.д.с. индукции, и, следовательно, индукционный ток был постоянным, надо совершать внешней силой работу против силы Ампера . В процессе этой работы энергия (какой-либо формы) внешних тел будет превращаться в электроэнергию. Таким образом, доказано, что индукционный ток течет в направлении стрелки 2. Конечно, этот же результат можно было в рассматриваемом случае получить с помощью формального правила правой руки, но мы получили нечто большее. Мы установили, что

индукционный ток, возникающий в проводнике, имеет такое направление, что своим магнитным действием препятствует наводящему его движению.

В этом суть правила Ленца.

Пусть сквозь поверхность, опирающуюся на какой-то замкнутый проволочный контур (рис. 3.53), проходит изменяющийся магнитный поток (например, возрастающий). Тогда в контуре возникает э.д.с. индукции и индукционный ток такого направления, что его магнитное поле будет препятствовать изменению наводящего магнитного потока. Мешать возрастанию потока Ф может только магнитный поток Ф_и, направленный навстречу. А такой поток может быть создан только током I_и, направленном по часовой стрелке. Мы установили, пользуясь правилом Ленца, направление индукционного тока в проводнике при указанном изменении наводящего магнитного поля.

Правило Ленца можно сформулировать так:

магнитное поле индукционного тока в каждый момент времени направлено навстречу изменению наводящего магнитного поля.

Припишем э.д.с. направление, связанное с индукционным током правилом правого винта (рис. 3.53). Тогда можно сказать, что э.д.с. индукции и изменение наводящего магнитного потока dФ в каждый момент времени имеют разные знаки. Таким образом, знак минус во всех формулировках закона электромагнитной индукции связан с правилом Ленца, т.е. имеет очень важный физический смысл.

Правило Ленца представляет собой следствие закона сохранения энергии в электромагнитных процессах.