Heinrich Lenz (également appelé Emil Lenz) était un physicien balte-allemand qui n'a peut-être pas la renommée de certains de ses pairs du début du XIXe siècle comme Michael Faraday, mais qui a tout de même contribué à résoudre les mystères de électromagnétisme.

Alors que certains de ses pairs faisaient des découvertes similaires, le nom de Lenz a été donné à la loi de Lenz en grande partie en raison de sa prise de notes fastidieuse, de la documentation complète de ses expériences et d'un dévouement à la méthode scientifique rare pour le temps. La loi elle-même constitue une partie importante de la loi de Faraday sur l'induction électromagnétique, et vous indique spécifiquement la direction
dans laquelle le courant induit circule.

La loi peut être difficile à comprendre d'abord, mais une fois que vous aurez compris le concept clé, vous serez bien parti pour une compréhension beaucoup plus profonde de l'électromagnétisme, y compris des questions pratiques comme le problème des courants de Foucault.
La loi de Faraday

La loi de Faraday de l'induction indique que la force électromotrice induite
(EMF, communément appelée «tension») dans une bobine de fil (ou simplement autour d'une boucle) est inférieure au taux de variation du flux magnétique à travers cette boucle. Mathématiquement, et en remplaçant la dérivée par un «changement de» plus simple (représenté par ∆), la loi stipule:
\\ text {EMF induit} \u003d −N \\ frac {∆ϕ} {∆t}

Où < em> t
est le temps, N
est le nombre de tours dans la bobine de fil et phi (ϕ) est le flux magnétique. La définition du flux magnétique est assez importante pour cette équation, il convient donc de se rappeler que c'est:
ϕ \u003d \\ bm {B ∙ A} \u003d BA \\ cos (θ)

qui relie la force du champ magnétique, B
, à la zone de la boucle A
, et l'angle entre la boucle et le champ ( θ
), l'angle de boucle étant défini comme perpendiculaire à la (c.-à-d. pointant directement hors de la boucle). Étant donné que l'équation implique cos, elle est à la valeur maximale lorsque le champ est directement aligné avec la boucle, et à 0 lorsqu'elle est perpendiculaire à la boucle (c.-à-d. «Côté»).

Ensemble, ces les équations montrent que vous pouvez créer un champ électromagnétique dans une bobine de fil en modifiant la section A
, la force du champ magnétique B
, ou l'angle entre la zone et le champ magnétique. L'amplitude des CEM induits est directement proportionnelle au taux de variation de ces quantités, et bien sûr, il ne doit pas être simplement l'un de ces changements pour induire les CEM.

La loi de Faraday a été utilisée par James Clerk Maxwell comme l'une de ses quatre lois de l'électromagnétisme, bien qu'il soit généralement exprimé comme l'intégrale de la ligne du champ magnétique autour d'une boucle fermée (ce qui est essentiellement une autre façon de dire les CEM induits) et le taux de changement est exprimé comme un dérivée.
Loi de Lenz

La loi de Lenz est encapsulée dans la loi de Faraday parce qu'elle nous indique la direction dans laquelle le courant électrique induit circule. La façon la plus simple d'énoncer la loi de Lenz est que les changements de flux magnétique induisent des courants dans une direction qui s'oppose au changement qui l'a provoqué.

En d'autres termes, parce que lorsque le courant circule, il génère son propre champ magnétique, la direction de le courant induit est tel que le nouveau champ magnétique est dans une direction opposée aux changements de flux qui l'ont créé. Il est encapsulé dans la loi de Faraday à cause du signe négatif; cela vous indique que la CEM induite s'oppose au changement d'origine du flux magnétique.

Pour un exemple simple, imaginez une bobine de fil avec un champ magnétique externe pointant directement dedans depuis le côté droit (c'est-à-dire dans le centre de la bobine et avec les lignes de champ pointant vers la gauche), et le champ externe augmentant alors en amplitude mais conservant la même direction. Dans ce cas, le courant induit dans le fil passera de manière à produire un champ magnétique pointant vers l'extérieur de la bobine vers la droite.

Si le champ extérieur diminuait en amplitude à la place, le courant induit circulerait de manière à pour produire un champ magnétique dans la même direction que le champ d'origine, car il contrecarre les changements de flux
plutôt que de simplement s'opposer au champ. Puisqu'il contrecarre le changement et pas nécessairement la direction, cela signifie qu'il crée parfois un champ dans la direction opposée et parfois dans la même direction.

Vous pouvez utiliser la règle de droite (parfois appelée la main droite poignée pour la distinguer de l'autre règle de droite utilisée en physique) pour déterminer la direction du courant électrique résultant. La règle est assez facile à appliquer: déterminez la direction du champ magnétique créé par le courant induit et pointez le pouce de votre main droite dans cette direction, puis courbez vos doigts vers l'intérieur. La direction dans laquelle vos doigts s'enroulent est la direction dans laquelle le courant passe à travers la bobine de fil.
Exemples de la loi de Lenz

Quelques exemples concrets du fonctionnement de la loi de Lenz dans la pratique aideront à cimenter les concepts, et les plus simples est très similaire à l'exemple ci-dessus: une bobine de fil entrant ou sortant d'un champ magnétique. Au fur et à mesure que la boucle se déplace dans le champ, le flux magnétique à travers la boucle augmentera (dans la direction opposée au mouvement de la bobine), induisant un courant qui s'oppose à la vitesse de changement de flux, et crée ainsi un champ magnétique dans la direction de son mouvement.

Si la bobine se déplace vers vous, la règle de droite et la loi de Lenz montrent que le courant circulerait dans le sens antihoraire. Si la bobine se déplaçait hors du champ, le flux magnétique changeant serait fondamentalement une réduction progressive au lieu d'une augmentation, donc le courant opposé exact serait induit.

Cette situation est analogue pour déplacer un aimant de barre dans ou hors du centre d'une bobine, parce que lorsque vous déplacez l'aimant, le champ deviendrait plus fort et le champ magnétique induit fonctionnerait pour s'opposer au mouvement de l'aimant, donc, dans le sens antihoraire du perspective de l'aimant. En sortant du centre de la bobine de fil, le flux magnétique diminuerait et le champ magnétique induit fonctionnerait à nouveau pour s'opposer au mouvement de l'aimant, cette fois dans le sens horaire du point de vue de l'aimant.

Un exemple plus compliqué implique une bobine de fil tournant dans un champ magnétique fixe, car à mesure que l'angle change, le flux à travers la boucle le serait également. Pendant la diminution du flux, le courant électrique induit créerait un champ magnétique pour s'opposer aux changements de flux, il serait donc dans la même direction que le champ externe. Lors de l'augmentation du flux, l'inverse se produit et le courant est induit pour s'opposer à l'augmentation du flux magnétique, donc dans le sens opposé au champ extérieur. Cela génère une tension alternative (car l'EMF induite commute chaque fois que la boucle tourne à 180 degrés), et cela peut être utilisé pour générer un courant alternatif.
Loi de Lenz et courants de Foucault

Un courant de Foucault est le nom pour les petits courants électriques qui obéissent à la loi de Lenz. En particulier, cependant, ce nom est utilisé en référence à de petits courants de boucle dans des conducteurs analogues aux tourbillons que vous voyez autour de vos avirons lorsque vous ramez dans l'eau.

Lorsqu'un conducteur est déplacé à travers un champ magnétique - pour Par exemple, comme un pendule métallique oscillant entre les pôles d'un aimant en fer à cheval - des courants de Foucault sont induits, et conformément à la loi de Lenz, ceux-ci neutralisent l'effet du mouvement. Cela conduit à un amortissement magnétique (car le champ induit fonctionne nécessairement contre
le mouvement qui l'a créé), qui peut être utilisé de manière productive dans des choses comme les systèmes de freinage magnétique pour les montagnes russes, mais c'est une cause de gaspillage d'énergie pour des appareils comme des générateurs et des transformateurs.

Lorsque les courants de Foucault doivent être réduits, le conducteur est séparé en plusieurs sections par de minces couches isolantes, ce qui limite la taille des courants de Foucault et réduit les pertes d'énergie. Cependant, comme les courants de Foucault sont une conséquence nécessaire des lois de Faraday et de Lenz, ils ne peuvent pas être totalement évités.