Правило Ленца

Правило Ленца: индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, направлен таким образом, чтобы его магнитное поле препятствовало изменению внешнего магнитного потока.

1. Магнит удаляется от контура

Рассмотрим замкнутый проводящий контур, находящийся в магнитном поле, линии индукции которого перпендикулярны плоскости контура.

Далее начнём удалять магнит от контура, уменьшая магнитный поток. В результате по правилу Ленца в контуре возникнет индукционный ток, магнитное поле которого будет препятствовать изменению внешнего магнитного потока. То есть индукционный ток будет создавать такое магнитное поле, вектор индукции которого будет усиливать индукцию внешнего магнитного поля. То есть векторы $\vec{B}$ и $\vec{B}_i$ будут сонаправлены. По правилу правой руки электрический ток в контуре течёт по часовой стрелке.

2. Магнит приближается к контуру

Рассмотрим ситуацию, в которой магнит приближается к замкнутому проводящему контуру. По правилу Ленца в контуре возникает индукционный ток, магнитное поле которого будет препятствовать изменению внешнего магнитного потока. То есть индукционный ток будет создавать такое магнитное поле, вектор индукции которого будет ослаблять индукцию внешнего магнитного поля, направление вектора индукции в таком случае будет противоположно. По правилу правой руки электрический ток в контуре будет протекать против часовой стрелки.

3. Поворот рамки

Рассмотрим использование правила Ленца во вращающемся контуре. Пусть замкнутый проводящий контур изначально был расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции, а затем повернулся на некоторый угол $\alpha$.

В этом случае величина магнитного потока, пронизывающего рамку, уменьшилась, следовательно, индукционный ток, возникающий в контуре, будет направлен таким образом, чтобы созданное им магнитное поле препятствовало изменению внешнего магнитного потока. Так как поток уменьшился, то вектор магнитной индукции, созданный проводником, будет сонаправлен с внешним вектором магнитной индукции. По правилу правой руки определим направление индукционного тока в контуре.

4. Изменение площади контура

Рассмотрим использование правила Ленца в контуре, у которого изменяется площадь. Предположим, что изначально в магнитное поле поместили проводящий контур площадью $S_1$, а затем растянули его, увеличив площадь до $S_2$.

Площадь замкнутого проводящего контура увеличилась, следовательно, увеличилась и величина магнитного потока. По правилу Ленца, магнитная индукция, созданная контуром, будет направлена против индукции внешнего поля. По правилу правой руки определим направление индукционного тока.

Направление вектора магнитной индукции, созданного индукционным током, возникающим в замкнутом контуре, будет всегда противоположно изменению внешнего магнитного поля:

1. Если магнитный поток растёт, то: $\vec{B} \uparrow\downarrow \vec{B}_i$.
2. Если магнитный поток уменьшается, то $\vec{B} \uparrow\uparrow \vec{B}_i$.

5. Изменение угла

Рассмотрим использование правила Ленца в контуре, у которого изменяется угол между вектором нормали и вектором магнитной индукции. Пусть изначально угол равен $90^{\circ}$, а затем уменьшается до некоторого угла $\alpha$.

При повороте кольца на некоторый угол величина магнитного потока, пронизывающего рамку, увеличивается от нуля до некоторого значения.

$\uparrow \Phi = BS \cdot \uparrow \cos(\alpha \downarrow)$

Индукционный ток, возникающий в контуре, будет направлен таким образом, чтобы созданное им магнитное поле препятствовало изменению внешнего магнитного потока. Так как поток увеличился, то вектор магнитной индукции, созданный проводником, будет направлен против внешнего вектора магнитной индукции. По правилу правой руки определим направление индукционного тока в контуре.

Задание 1

В однородном вертикальном магнитном поле находится в горизонтальном положении проводящая рамка, одна из сторон которой является подвижной и изготовлена из меди (см. рисунок). Определите направление вектора индукции магнитного поля, создаваемого индуцированным током внутри рамки, относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя). Ответ запишите словом (словами). Силой трения пренебречь.