زمان مطالعه: ۴ دقیقه

با سلام و احترم خدمت شما مخاطبین عزیز وبلاگ بین جو (Binjo)،‌ در این مقاله قصد داریم تا با زبانی ساده به مبحث قانون لنز از کتاب فیزیک یازدهم (۲) بپردازیم. قبل از آنکه به مطالعه مقاله قانون لنز بپردازید، پیشنهاد می‌کنیم تا نگاهی بر مقاله زیر داشته باشید.

القای الکترومغناطیسی – فیزیک یازدهم (۲)

قانون لنز

پس از آنکه مایکل فاراده‌، قانون القای الکترومغناطیسی را عنوان کرد، دانشمندی روسی به نام هاینریش لنز، در سال حدود ۱۸۳۴ میلادی روشی برای تعیین جهت جریان القایی در یک پیچه یا هر مدار بسته‌ای ارائه کرد.

یک بار دیگر، قانون القای الکترومغناطیسی فارادی را در زیر تعریف می‌کنیم:

  • هرگاه شار مغناطیسی ‌ای که از یک مدار بسته عبور می‌کند، دچار تغییر شود، نیروی محرکه‌ای در آن القا می‌شود که بزرگی آن، آهنگ تغییرات شار مغناطیسی متناسب است.

حال قانون لنز به صورت زیر تعریف می‌شود:

  • جریان حاصل از نیروی محرکه القایی در یک پیچه یا مدار بسته، موسوم به جریان القایی، در جهتی است که آثار مغناطیسی ناشی از آن (آثار مغناطیسی جریان القایی)، با عامل به وجود آورنده جریان القایی، یعنی تغییر شار مغناطیسی، مخالفت کند.
  • به بیان ساده‌تر جهت جریان القایی در یک پیچه یا مدار بسته به گونه‌ای است که خطوط میدان مغناطیسی ناشی از آن، در خلاف جهت خطوط میدان مغناطیسی یا به عبارتی تغییر شار مغناطیسی اولیه باشد.
  • علامت منفی در رابطه القای الکترومغناطیسی فارادی، یعنی \(\overline{\varepsilon } = – N \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}\)، بیانگر همین مخالفت، یعنی قانون لنز است.

در دو مثال زیر، درک بهتری از قانون لنز حاصل می‌شود. ابتدا همانند شکل زیر، آهنربایی را در نظر بگیرید که به یک مدار بسته یا پیچه نزدیک می‌شود.

قانون لنز
نزدیک شدن آهنربا به پیچه (افزایش شار مغناطیسی)

نزدیک شدن آهنربا به پیچه به معنی تغییر در شار مغناطیسی یا چگالی خطوط میدان مغناطیسی عبوری از پیچه است. در نتیجه بر اساس قانون القای فارادی، در پیچه جریان القایی شکل می‌گیرد. حال بر اساس قانون لنز، جهت این جریان القایی باید به گونه‌ای باشد که میدان مغناطیسی ناشی از آن، با تغییر شار مغناطیسی اولیه مخالفت کند.

در شکل فوق، مشاهده می‌فرمایید که آهنربا به پیچه نزدیک می‌شود. یعنی چگالی یا تراکم خطوط میدان مغناطیسی در حوالی پیچه با نزدیک شدن آهنربا بیشتر می‌شود. با توجه به شکل جهت جریان القایی در جهتی است که با توجه به قانون دست راست، خطوط میدان مغناطیسی که تولید می‌کند در خلاف جهت خطوط میدان مغناطیسی آهنربا است. یعنی جهت جریان به سمتی است که با افزایش شار مغناطیسی مخالفت می‌کند.

حال شکل زیر را در نظر بگیرید. در این حالت آهنربا از پیچه دور می‌شود.

قانون لنز
دور شدن آهنربا از پیچه (کاهش شار مغناطیسی)

دور شدن آهنربا به معنی کاهش شار مغناطیسی یا به عبارتی چگالی خطوط میدان مغناطیسی آهنربا در پیچه است. پس طبق قانون لنز‌، جهت جریان القایی به سمتی است که میدان مغناطیسی ناشی از آن با کاهش شار مغنناطیسی ناشی از آهنربا مخالفت کند. یعنی قصد در تقویت آن داشته باشد.

اثر دیامغناطیس

در مقاله زیر با خواص مغناطیسی مواد آشنا شدیم و دیدیم که دسته‌ای از مواد دارای خواص دیامغناطیسی هستند.

به بیانی ساده، چرخش هر الکترون به دور هسته اتم را می‌توان به صورت یک حلقه میکروسکوپی همانند شکل زیر مدل سازی کرد.

دیامغناطیس

با توجه به این نکته، هرگاه ماده‌ای در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار گیرد، شار مغناطیسی گذرنده از هر یک از این حلقه‌های جریان میکروسکوپی افزایش پیدا می‌کند. حال بر اساس قانون لنز، جهت مخالفت با میدان مغناطیسی خارجی، یک میدان مغناطیسی القا می‌شود.

این ویژگی در تمامی موادی که در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می‌گیرند، رخ داده و به اثر دیامغناطیسی موسوم است. اثر دیامغناطیسی در برخی از مواد نظیر بیسموت، جیوه، سرب، مس و کربن از نوع الماس بهتر نمود پیدا می‌کند. دلیل این امر این است که این دست از مواد فاقد دو قطبی‌های مغناطیسی دائمی هستند.

لازم به ذکر است که اثر دو قطبی‌های مغناطیسی دائمی در مواد فرومغناطیس و پارامغناطیس بسیار بیشتر از اثر دوقطبی‌های القایی است. به همین جهت در این مواد اثر دیامغناطیسی نمود کمتری دارد.

امیدواریم تا مقاله قانون لنز مورد پسند شما عزیزان واقع شده باشد. در انتها پیشنهاد می‌کنیم تا نگاهی بر سایر مقالات وبلاگ بین جو در حوزه فیزیک نیز داشته باشید: