قانون لينز

ينص قانون لينز على أن اتجاه التيار الكهربائي المستحث في موصل بفعل مجال مغناطيسي متغير يكون بحيث يعاكس المجال المغناطيسي الناتج عن التيار المستحث التغيرات في المجال المغناطيسي الأولي. وقد سُمي هذا القانون نسبةً إلى الفيزيائي هاينريش لينز ، الذي صاغه عام 1834. ^{[ 1 ]}

التيار المستحث هو التيار المتولد في سلك نتيجة لتغير التدفق المغناطيسي . ومن أمثلة التيار المستحث التيار الناتج في المولد الذي يتضمن تدوير ملف سلكي بسرعة في مجال مغناطيسي.

هو قانون نوعي يحدد اتجاه التيار المستحث، لكنه لا يحدد مقداره. يتنبأ قانون لينز باتجاه العديد من التأثيرات في الكهرومغناطيسية ، مثل اتجاه الجهد المستحث في ملف حثي أو حلقة سلكية بفعل تيار متغير، أو قوة السحب للتيارات الدوامية المؤثرة على الأجسام المتحركة في المجال المغناطيسي.

يمكن اعتبار قانون لينز مماثلاً لقانون نيوتن الثالث في الميكانيكا الكلاسيكية ^{[ 2 ] [ 3 ]} ومبدأ لو شاتيليه في الكيمياء. ^{[ 4 ]}

ينص قانون لينز على ما يلي:

يتم توجيه التيار المستحث في الدائرة بسبب تغير في المجال المغناطيسي لمقاومة التغير في التدفق ولممارسة قوة ميكانيكية تعارض الحركة.

يتضمن قانون لينز المعالجة الدقيقة لقانون فاراداي للحث (مقدار القوة الدافعة الكهربائية المستحثة في ملف يتناسب مع معدل تغير التدفق المغناطيسي)، ^{[ 5 ]} حيث يتم التعبير عنه بالإشارة السالبة:

$${\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathbf {B} }}{\mathrm {d} t}},}$$

مما يشير إلى أن القوة الدافعة الكهربائية المستحثة${\displaystyle {\mathcal {E}}}$ومعدل التغير في التدفق المغناطيسي${\displaystyle \Phi _{\mathbf {B} }}$لها إشارات متضادة. ^{[ 6 ]}

هذا يعني أن اتجاه القوة الدافعة الكهربائية العكسية للحقل المستحث يعاكس التيار المتغير الذي هو سببه. وقد لخص دي جيه غريفيث الأمر على النحو التالي: الطبيعة تكره تغير التدفق. ^{[ 7 ]}

_{إذا أدى تغير في المجال المغناطيسي للتيار i1 إلى توليد تيار كهربائي آخر i2 ، فإن اتجاه i2} يكون معاكساً لاتجاه تغير i1 . _إذا كان هذان التياران في _موصلين دائريين متحدي المحور ℓ1 وℓ2 على _{التوالي} ، وكلاهما يساوي صفرًا في البداية، فإن التيارين i1 و i2 يدوران في _{اتجاهين متعاكسين. ونتيجة لذلك ،} سيتنافر التياران المتعاكسان.

في الكهرومغناطيسية، عندما تتحرك الشحنات على طول خطوط المجال الكهربائي ، يتم بذل شغل عليها، سواء كان ذلك يتضمن تخزين طاقة كامنة (شغل سالب) أو زيادة الطاقة الحركية (شغل موجب).

عند تطبيق شغل موجب صافٍ على شحنة q1 _، فإنها تكتسب سرعة وزخمًا. ويولد الشغل الصافي المطبق على _q1 مجالًا مغناطيسيًا تتناسب شدته (بوحدات كثافة التدفق المغناطيسي (1 تسلا = 1 فولت-ثانية لكل متر مربع)) مع الزيادة في سرعة q1 _. ويمكن لهذا المجال المغناطيسي أن يتفاعل مع شحنة مجاورة q2 _، ناقلًا إليها هذا الزخم، وفي المقابل، _تفقد q1 زخمها.

يمكن للشحنة q2 أن تؤثر على q1 بطريقة مماثلة، حيث تعيد إليها جزءًا من الزخم الذي اكتسبته منها _. يُسهم هذا التبادل في الزخم في الحث المغناطيسي . وكلما اقتربت q1 _و q2 _{من بعضهما ،} ازداد التأثير. عندما تكون q2 داخل وسط موصل ، مثل لوح سميك من النحاس أو الألومنيوم، فإنها تستجيب بشكل أسرع للقوة المؤثرة عليها من _q1 . _لا تُستهلك طاقة q1 فورًا على شكل حرارة ناتجة عن تيار _{q2 ،} بل تُخزن أيضًا في مجالين مغناطيسيين متعاكسين. تميل كثافة طاقة المجالات المغناطيسية إلى التغير مع مربع شدة المجال المغناطيسي؛ إلا أن هذه العلاقة لا تنطبق على المواد غير الخطية مغناطيسيًا، مثل المواد المغناطيسية الحديدية والموصلات الفائقة .

يجب الحفاظ على الزخم في هذه العملية، فإذا دُفعت الشحنة q1 في اتجاه معين، _فينبغي أن تُدفع الشحنة q2 في الاتجاه المعاكس بنفس القوة وفي نفس الوقت. إلا أن الوضع يصبح أكثر تعقيدًا عند إدخال السرعة المحدودة لانتشار الموجات الكهرومغناطيسية (انظر الجهد المتأخر). هذا يعني أنه لفترة وجيزة، لا يُحفظ الزخم الكلي للشحنتين، مما يعني أن الفرق يجب أن يُعزى إلى الزخم في المجالات، كما أكد ريتشارد فاينمان. [9] أطلق عالم الديناميكا _{الكهربائية} الشهير في القرن التاسع عشر ^{، جيمس كلارك} ماكسويل ، على هذا "الزخم الكهرومغناطيسي". ^{[ 10 ]} ومع ذلك، قد يكون هذا التعامل مع المجالات ضروريًا عند تطبيق قانون لينز على الشحنات المتعاكسة. يُفترض عادةً أن الشحنات المعنية لها نفس الإشارة. إذا لم تكن كذلك، مثل بروتون وإلكترون، فإن التفاعل يكون مختلفًا. يُولّد الإلكترون الذي يُنشئ مجالًا مغناطيسيًا قوة دافعة كهربائية تُسرّع البروتون في نفس اتجاه تسارع الإلكترون. قد يبدو هذا للوهلة الأولى مُخالفًا لقانون حفظ الزخم، ولكن يتضح أن هذا التفاعل يحافظ على الزخم إذا أُخذ زخم المجالات الكهرومغناطيسية في الحسبان.

• الوسائط المتعلقة بقانون لينز على ويكيميديا ​​كومنز
• عرض توضيحي مثير للتأثير على يوتيوب باستخدام كتلة من الألومنيوم في جهاز الرنين المغناطيسي