Lenz lag
Lenz lag är ett vanligt sätt att förstå hur elektromagnetiska kretsar följer Newtons tredje lag och energins bevarande. Lenz' lag är uppkallad efter Emil Lenz och säger följande:
En inducerad elektromotorisk kraft (emf) ger alltid upphov till en ström vars magnetfält motsätter sig förändringen av det ursprungliga magnetiska flödet.
Lenz' lag visas med det negativa tecknet i Faradays induktionslag:
E = - ∂ Φ B ∂ t {\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {\partial \Phi _{\mathrm {B}} }}{\partial t}}}}} 
,
vilket visar att den inducerade spänningen (ℰ) och förändringen i det magnetiska flödet (∂ΦB) har motsatt tecken.
Den inducerade spänningen och den resulterande inducerade strömmen är moturs när B är riktad ut från sidan och kretsens area minskar. Flödet genom denna krets minskar i utåtriktad riktning. Nu producerar den inducerade strömmen I sitt eget magnetfält, och vi kan använda regeln för högerhandgrepp för att beräkna riktningen på detta fält. Resultatet är att det magnetiska fältet på grund av den inducerade strömmen också är riktat utåt i kretsen. Det är som om naturen genom detta inducerade fält försökte kompensera för minskningen av flödet på grund av det applicerade fältet B. Detta visar sig experimentellt vara en allmän regel, så att vi kan säga att
Den inducerade emf:s riktning är alltid sådan att den resulterar i en motsättning till den förändring som producerar den.
Detta är Lenz' lag.
Som ett annat exempel på tillämpningen av Lenz' lag kan man tänka sig en trådspole som plötsligt ansluts till ett batteri. Anta att batteriet startar en ström som flyter medurs, sett från observatörens synvinkel. Denna ström kommer att ge upphov till ett magnetfält vars linjer går genom spolen och cirkulerar tillbaka utanför den. När strömmen på grund av batteriet byggs upp sker således en förändring av det magnetiska flödet genom spolen och detta måste resultera i en inducerad emf i spolen. Vilken är riktningen på denna inducerade emf? Lenz' lag säger oss omedelbart att den måste vara moturs, så att den motsätter sig strömens uppbyggnad. När strömmen i en krets bryts försöker den inducerade emf:n på samma sätt hindra strömmen från att dö ut, vilket förklarar den gnistbildning som observeras när strömbrytare öppnas långsamt. Den inducerade emf i en krets där strömmen förändras kallas motemf, eftersom den alltid motsätter sig strömförändringen. Den uppstår på grund av förändringen av strömens eget magnetfält, en effekt som kallas självinduktans.
Om Lenz' lag inte vore sann skulle en ökning av strömmen i en spole resultera i en emf som skulle hjälpa det applicerade batteriet och därmed öka strömmen ytterligare, vilket skulle ge mer emf och ytterligare ökningar av strömmen, i all oändlighet. Detta skulle vara en instabil situation och en situation där principen om energins bevarande inte skulle följas.
Denna typ av resonemang kan utvidgas till andra situationer där ett system i jämvikt förskjuts och den princip som man kommer fram till är följande.
När ett system i jämvikt störs förskjuts jämvikten i den riktning som tenderar att upphäva effekterna av störningen.
Denna generalisering av Lenz' lag kallas Le Chateliers princip.
Lenzs-law-induktor
Frågor och svar
F: Vad är Lenz' lag?
S: Enligt Lenz' lag genererar en inducerad elektromotorisk kraft (emf) alltid en ström vars magnetfält motsätter sig förändringen i det ursprungliga magnetflödet.
F: Hur syns Lenz' lag i Faradays induktionslag?
S: I Faradays induktionslag representeras Lenz' lag av ett negativt tecken, vilket visar att den inducerade emf och förändringen i det magnetiska flödet är motsatta.
Fråga: I vilken riktning flyter den inducerade strömmen när B' riktas från sidan utåt och kretsens yta minskar?
A: Den inducerade strömmen rör sig moturs när B' rör sig från sidan till utsidan och kretsens area minskar.
F: Vad försöker naturen göra med detta inducerade fält?
Svar: Naturen försöker kompensera för den minskning av flödet som orsakas av det applicerade fältet genom att skapa ett utåtriktat magnetfält i kretsen som orsakas av den inducerade strömmen.
F: Vad händer när ett batteri plötsligt ansluts till en ledande spole?
S: När ett batteri plötsligt ansluts till en trådspole utlöser det en ström som, från observatörens synvinkel, löper medurs. Detta genererar en inducerad emf som enligt Lenz lag är motsols och motverkar den ökade strömmen som orsakas av kopplingen.
F: Vilken effekt har självinduktans på kretsar där strömmarna förändras?
S: Självinduktansen gör att en ökning av strömmen i en lindning orsakar en emf som motstår denna ökning, vilket förhindrar instabila situationer där energihushållningen skulle brytas.
F:Vilken princip kan utvidgas från Lenz' lag?
Svar: Lenz lag kan utvidgas till Le Chateliers princip om att när jämvikten i ett system störs förskjuts jämvikten så att effekterna av störningen upphävs.
