Prawo Lenza
Prawo Lenza jest powszechnym sposobem na zrozumienie, jak obwody elektromagnetyczne są zgodne z trzecim prawem Newtona i oszczędności energii. Prawo Lenza jest nazwane imieniem Emila Lenza i mówi:
Indukowana siła elektromotoryczna (emf) zawsze powoduje powstanie prądu, którego pole magnetyczne przeciwstawia się zmianie oryginalnego strumienia magnetycznego.
Prawo Lenza jest pokazane z negatywnym znakiem w prawie Faradaya dotyczącym indukcji:
E = - ∂ Φ B ∂ t {\i1}{\i1}Część t} 
,
co wskazuje, że indukowany emf (ℰ) i zmiana strumienia magnetycznego (∂ΦB) mają przeciwstawne znaki.
Indukowana emf i wynikowy prąd indukowany są przeciwne do ruchu wskazówek zegara, gdy B jest skierowane na zewnątrz i obszar obwodu maleje. Przepływający przez ten obwód strumień maleje w kierunku na zewnątrz. Teraz indukowany prąd I wytwarza swoje własne pole magnetyczne i możemy użyć reguły prawoskrętnego uchwytu do obliczenia kierunku tego pola. W rezultacie pole magnetyczne wytwarzane przez indukowany prąd jest również skierowane na zewnątrz w obrębie obwodu. Wygląda to tak jakby natura, poprzez to indukowane pole, starała się skompensować zmniejszenie się strumienia magnetycznego spowodowanego przez przyłożone pole B. Okazuje się to eksperymentalnie być ogólną regułą, tak że możemy powiedzieć, iż
Kierunek indukowanego emf jest zawsze taki, że powoduje sprzeciw wobec wywołującej go zmiany. Takie
jest prawo Lenza.
Jako kolejny przykład zastosowania prawa Lenza należy rozważyć cewkę przewodu, do której nagle podłącza się akumulator. Załóżmy, że bateria uruchamia prąd płynący zgodnie z ruchem wskazówek zegara, jak widzi to obserwator. Prąd ten spowoduje powstanie pola magnetycznego, którego linie będą nawijać cewkę i okrążać ją z powrotem na zewnątrz. Tak więc w miarę narastania prądu wytwarzanego przez akumulator, przez cewkę przechodzi zmienny strumień magnetyczny, który musi powodować indukowanie się emf w cewce. Jaki jest kierunek tej indukowanej emf? Prawo Lenza mówi nam natychmiast, że musi być ono przeciwstawne do ruchu wskazówek zegara, tak aby przeciwstawić się gromadzeniu się prądu. Podobnie, gdy prąd w obwodzie jest przerwany, indukowana emf stara się powstrzymać prąd przed zanikiem, a to odpowiada za iskrzenie obserwowane podczas powolnego otwierania przełączników. Indukowana emf w obwodzie, którego prąd się zmienia, nazywana jest wsteczną emf, ponieważ zawsze przeciwstawia się ona zmianom prądu. Powstaje ona w wyniku zmiany własnego pola magnetycznego prądu, efekt zwany samowzbudzeniem.
Gdyby prawo Lenza nie było prawdziwe, wzrost prądu w cewce powodowałby wzrost emf, który wspomagałby zastosowany akumulator, a tym samym dalsze zwiększenie prądu, indukując więcej emf i dalszy wzrost prądu, ad infinitum. Byłaby to niestabilna sytuacja, w której zasada oszczędzania energii nie byłaby przestrzegana.
Ten rodzaj rozumowania może być rozszerzony na inne sytuacje, w których system w stanie równowagi jest przemieszczany i zasada ta została osiągnięta jest następująca.
Kiedy układ znajdujący się w stanie równowagi zostaje zaburzony, równowaga zostaje przesunięta w kierunku, który ma tendencję do cofania skutków zaburzenia.
To uogólnienie prawa Lenza nazywa się zasadą Le Chateliera.
Lenzs-law-inductor
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest prawo Lenza?
O: Zgodnie z prawem Lenza, indukowana siła elektromotoryczna (emf) zawsze generuje prąd, którego pole magnetyczne przeciwstawia się zmianie początkowego strumienia magnetycznego.
P: Jak prawo Lenza pojawia się w prawie indukcji Faradaya?
O: W prawie indukcji Faradaya prawo Lenza jest przedstawiane za pomocą znaku ujemnego, co oznacza, że indukowany prąd elektryczny i zmiana strumienia magnetycznego są przeciwne.
P: W którym kierunku płynie prąd indukowany, gdy B' jest skierowane z boku na zewnątrz, a powierzchnia obwodu maleje?
A: Prąd indukowany płynie w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, ponieważ B' przesuwa się z boku na zewnątrz, a powierzchnia obwodu maleje.
P: Co próbuje zrobić natura z tym polem indukcyjnym?
O: Natura próbuje zrekompensować spadek strumienia spowodowany przez przyłożone pole poprzez wytworzenie w obwodzie zewnętrznego pola magnetycznego spowodowanego przez indukowany prąd.
P: Co się stanie, gdy bateria zostanie nagle podłączona do przewodzącej cewki?
O: Gdy bateria zostanie nagle podłączona do cewki z drutu, wyzwala prąd, który z punktu widzenia obserwatora biegnie zgodnie z ruchem wskazówek zegara. W ten sposób powstaje indukowany emf, który zgodnie z prawem Lenza jest przeciwny do ruchu wskazówek zegara i przeciwstawia się wzrostowi prądu spowodowanemu sprzężeniem.
P: Jaki wpływ ma samoindukcja na obwody, w których zmieniają się prądy?
O: Samoindukcyjność powoduje, że wzrost prądu w uzwojeniu wywołuje emf, który przeciwstawia się temu wzrostowi, zapobiegając w ten sposób niestabilnym sytuacjom, w których naruszone zostałoby zachowanie energii.
P: Jaką zasadę można rozszerzyć z prawa Lenza?
O: Prawo Lenza można rozszerzyć o zasadę Le Chateliera, że gdy równowaga układu jest zakłócona, równowaga przesuwa się tak, że skutki zakłócenia są zniwelowane.
