قانون لنز والتيارات الدوامة

قانون لنز

ينص قانون لنز على أن: «التيار المحتث في دائرة كهربائية مقفلة يمتلك اتجاهاً بحيث إن مجاله المغناطيسي المحتث يكون معاكساً بتأثيره للتغير في الفيض المغناطيسي الذي ولّد هذا التيار». والإشارة السالبة في قانون فراداي $\varepsilon_{ind}=-N\dfrac{\Delta\Phi_B}{\Delta t}$ وضعت على وفقه.

• تقريب القطب الشمالي من وجه حلقة مقفلة: يتزايد الفيض ($\Delta\Phi_B/\Delta t>0$)، فينساب تيار محتث يولد $\vec{B}_{ind}$ معاكساً لاتجاه $\vec{B}$ المؤثر، فيتولد في وجه الحلقة المقابل قطب شمالي N يتنافر مع القطب المقترب.
• إبعاد القطب الشمالي: يتناقص الفيض ($\Delta\Phi_B/\Delta t<0$)، فيكون $\vec{B}_{ind}$ باتجاه $\vec{B}$ المؤثر نفسه، ويتولد في وجه الحلقة المقابل قطب جنوبي S يتجاذب مع القطب المبتعد.

الفائدة العملية: يفيدنا قانون لنز في تعيين اتجاه التيار المحتث في دائرة مقفلة، ويعد تطبيقاً لقانون حفظ الطاقة؛ لأن تقريب المغناطيس أو إبعاده يتطلب إنجاز شغل ميكانيكي يتحول إلى نوع آخر من الطاقة في الحمل. ويجب التمييز بين $\vec{B}$ الخارجي الذي يسبب تغيره توليد التيار (قانون فراداي) و$\vec{B}_{ind}$ الذي يعاكس بتأثيره ذلك التغير (قانون لنز).

التيارات الدوامة

عندما تواجه صفائح معدنية فيضاً مغناطيسياً متغيراً مع الزمن، أو تتحرك نسبة لمجال مغناطيسي، تنشأ فيها على وفق قانون فراداي تيارات محتثة تتخذ مسارات دائرية مقفلة ومتمركزة في مستوي الصفيحة وعمودية على الفيض المسبب لها، تسمى التيارات الدوامة.

• ضررها: تتسبب في فقدان الطاقة بشكل حرارة في الأجهزة وفي قلوب الملفات على وفق قانون جول.
• تقليلها: يصنع القلب (كما في المحولة) من صفائح من الحديد المطاوع معزولة عن بعضها ومكبوسة كبساً شديداً ومرتبة بموازاة الفيض، فتزداد المقاومة الكهربائية ويقل مقدار التيارات الدوامة.
• عند سحب صفيحة نحاس من بين قطبي مغناطيس تتولد فيها تيارات دوامة، فتظهر قوة مغناطيسية معرقلة معاكسة للقوة الساحبة (قانون لنز).
• نشاط البندولين: الصفيحة الكاملة تتولد فيها تيارات دوامة كبيرة فتتوقف بين القطبين، أما الصفيحة المقطعة بشكل أسنان المشط فتياراتها صغيرة جداً فتستمر بالاهتزاز بتباطؤ قليل.
• استثمارها: في مكابح بعض القطارات الحديثة، وفي كاشفات المعادن (الحث النبضي) في نقاط التفتيش وفي السيطرة على الإشارات الضوئية في تقاطعات الطرق.