§ 96. Правило Ленца

В § 93 было показано, что направление индукционного тока определяется правилом правой руки. Это правило не является универсальным, им нельзя определить направление индукционного тока в случае, когда он получается в проводнике, находящемся в переменном магнитном поле (см. рис. 139). Русский ученый Э. X. Ленц установил (в 1823 г.) общее правило для определения направления индукционного тока.

На острие подставки (рис. 143, а) находятся уравновешенные алюминиевые кольца (кольцо А замкнутое, В - имеет разрез). При приближении магнита к замкнутому кольцу магнитный поток, проходящий через него, увеличивается. Вследствие этого в кольце возникает индукционный ток, который имеет собственное магнитное поле. Замечаем, что кольцо удаляется от магнита. Это означает, что на стороне кольца, обращенной к магниту, возник полюс, одноименный с полюсом магнита. Из рисунка видно, что выходящие из кольца линии индукции магнитного поля тока в кольце направлены против линий индукции магнитного поля магнита. В рассматриваемом опыте магнитный поток Ф₁ магнитного поля индукционного тока уменьшил увеличивающийся магнитный поток Ф₂, который вызвал индукционный ток в кольце.

Рис. 143. К правилу Ленца

При удалении магнита из кольца оно движется за магнитом. Это означает, что на стороне кольца, обращенной к магниту, возникает полюс, разноименный с полюсом магнита (рис. 143, б). Выходящие из кольца линии индукции магнитного поля тока в кольце направлены так же, как и линии индукции магнитного поля магнита. Поэтому магнитный поток Ф₁ магнитного поля индукционного тока увеличил уменьшающийся магнитный поток Ф₂ магнита, который вызвал индукционный ток в кольце.

На основе подобных опытов и рассуждений Ленц установил: индукционный ток возникает такого направления, что его магнитное поле препятствует изменению того магнитного потока, который вызвал этот ток. Правило Ленца является следствием закона сохранения и превращения энергии. Когда мы приближаем, например, к катушке (кольцу) магнит, то возникающий ток своим магнитным полем отталкивает магнит. Двигая его, мы преодолеваем эти силы отталкивания, т. е. совершаем работу, в результате чего механическая энергия превращается в энергию индукционного тока, При выдвигании магнита из катушки совершается работа по преодолению силы притяжения катушки. Механическая энергия в этом случае превращается в энергию индукционного тока.

Установив по правилу Ленца полюсы кольца, определим направление тока: если к наблюдателю обращен северный полюс, то для него ток в кольце имеет направление против часовой стрелки, а если южный полюс - то по часовой стрелке.

Рис. 144. Торможение якоря генератора тока при включении лампочек

Правило Ленца можно проиллюстрировать также таким опытом. Падающий груз А приводит в действие генератор тока (рис. 144). Якорь генератора увеличивает скорость вращения. Замыкаем ключом цепь лампочек. Они загораются, а падение груза резко замедляется и продолжается с небольшой скоростью. При размыкании цепи скорость падения груза опять увеличивается и вновь уменьшается при замыкании цепи. Падающий груз увеличивает скорость вращения якоря, вследствие чего увеличивается проходящий через его обмотку магнитный поток. Это вызывает возникновение э. д. с. индукции. При замыкании цепи э. д. с. вызывает индукционный ток, индукция магнитного поля которого направлена против индукции магнитного поля магнатов, вследствие чего и происходит торможение вращения якоря.

Рис. 145. Определение знака э. д. с. индукции при помощи правила Ленца

Пользуясь правилом Ленца, покажем, как можно определить знаки полюсов источника э. д. с. индукции в случае, когда цепь разомкнута. Будем в разрезанное кольцо вдвигать магнит южным полюсом (рис. 145). На концах кольца знаки полюсов наведенной э. д. с. индукции должны быть так расположены, чтобы при замыкании цепи (показано пунктиром) ток шел по часовой стрелке и образовывал южный полюс на стороне кольца, обращенной к магниту.