Lenzův zákon

Máme tu obrázek čtvercové vodivé smyčky. Je to drát a leží v magnetickém poli. Nakreslil jsem pár vektorů představujících magnetické pole, a aspoň na ploše ohraničené drátem vypadá to magnetické pole konstantně. Jenom v této situaci se nic zvláštního dít nebude, ale když začneme magnetický tok plochou měnit, začnou se dít zajímavé věci. Oba tyto obrázky znázorňují tutéž situaci, kde jsme zvýšili magnetický tok. V každém z těchto bodů plochy magnetické pole zesílilo. Zvýšili jsme tok. Napíšu to. Tok značíme řeckým písmenkem Fí. Tok magnetického pole. Tok magnetického pole se zvýšil. Z Faradayova zákona víme, že když nastane změna toku, bude se ve smyčce indukovat proud. Zajímavá je otázka, kterým směrem proud poteče? Máme dvě možnosti, kudy proud téct může. Najdu mu nějakou hezkou barvu. Proud může téct po směru hodinových ručiček, nebo proti. Kterým směrem myslíte, že proud poteče? Zamysleme se nad tím. Víme, že proud tekoucí drátem bude indukovat své vlastní magnetické pole, navíc k tomu, které už tam je. Zamysleme se nad tím, jaké magnetické pole bude indukovat tento oranžový proud. Teče proti směru hodinových ručiček, jak praví pravidlo pravé ruky. Můžu ukázat palcem pravé ruky ve směru proudu. Palec mám ve směru proudu a moje prsty se stočí ve směru magnetického pole. Moje pravice vypadá takto, palec ukazuje směr proudu. Vidíme, že indukované magnetické pole míří tímto směrem. Kdybych vzal pár vzorků indukovaného pole v této ploše, vypadalo by nějak takto. Kreslím to jen v bodech, které jsem si vybral. Všimněte si, že se přičítá k existujícímu poli. Tok by se v tomto případě ještě zvětšil. V těchto místech by se vektory zvětšily. Tyto vektory by se zvětšily. Co to způsobí? Když tok poroste, bude se zvětšovat i proud, který způsobí další zvýšení toku, což způsobí zvýšení proudu. Vznikla by vám nekonečná smyčka, kde proud narůstá, tok narůstá, a vzniká tu energie z ničeho, což porušuje zákon zachování energie. A to je velmi dobrý argument, proč bychom tuto situaci nečekali. Indukovaný proud by neměl indukovat magnetické pole ve stejném směru, jako má změna toku. Dedukcí tedy víme, že nastane tato druhá situace. Zamysleme se, co se bude dít. Zopakujme pravidlo pravé ruky. Vezměme pravici a palcem ukažme ve směru proudu. Tentokrát se indukuje magnetické pole, které tok snižuje. Vzniká tu magnetické pole. Proud, který tu teče, indukuje magnetické pole mířící dolů. Proud tekoucí tímto směrem… Vezměte pravici a položte ji sem. Když jde proud proti… Pardon, po směru hodinových ručiček. Když tady zkusíte pravidlo pravé ruky, vaše prsty míří tímto směrem. V této ploše se bude indukovat magnetické pole mířící tímto směrem. Magnetické pole indukované proudem ve vodiči půjde proti změně toku. A to dává smysl, protože se nedostaneme do nekonečné smyčky, kde proud roste, tok také a obojí se zvyšuje donekonečna. Tato myšlenka, že orientace indukovaného proudu působí proti změně toku, se nazývá Lenzův zákon. Kdyby neplatil, docházelo by k porušení zákona zachování energie. Takže když víme, že tok se mění v určitém směru, a chceme vědět, kterým směrem poteče proud, stačí říct, kam bude směřovat magnetické pole tvořené indukovaným proudem. Indukované pole by mělo směřovat proti změně toku. Pokud tok roste, indukované magnetické pole by mělo tok snižovat. Pokud se tok snižuje, indukované magnetické pole se snaží jej navýšit, takže se k němu přičítá.