29.3. Định luật Lenz

Dấu trừ trong chứa quy tắc về chiều của cảm ứng. diễn đạt quy tắc đó bằng một nguyên tắc vật lý: Hiệu ứng cảm ứng chống lại nguyên nhân làm nó xuất hiện. Định luật này không bổ sung một quy luật độc lập, mà cho cùng kết quả với định luật Faraday và quy ước dấu .

Nguyên nhân có thể là từ trường qua mạch đứng yên đang tăng hoặc giảm, là dây dẫn chuyển động khiến diện tích mạch đổi, hoặc là kết hợp của các thay đổi ấy. Với mạch đứng yên, dòng cảm ứng tạo ra từ trường riêng. Nếu từ trường ngoài đang tăng, từ trường cảm ứng ngược chiều từ trường ngoài. Nếu từ trường ngoài đang giảm, từ trường cảm ứng cùng chiều từ trường ngoài. Vì vậy, từ trường cảm ứng chống lại sự thay đổi , chứ không chống từ thông đang có.

Khi nguyên nhân là dây dẫn chuyển động, dòng cảm ứng có chiều sao cho tác dụng lên phần dây chuyển động ngược chiều chuyển động ấy. Ví dụ, trong máy phát thanh trượt, thanh bị kéo sang phải làm diện tích mạch tăng và hướng vào trang tăng. Dòng cảm ứng tạo từ trường hướng ra khỏi trang, chống lại sự tăng từ thông. Lực từ lên thanh hướng sang trái, cản chuyển động.

Bốn trường hợp trong Hình 29.14 cho thấy cách xác định chiều dòng khi nam châm tiến lại gần hoặc rời khỏi vòng. Trước hết xác định hướng và độ lớn do nam châm tạo qua vòng. Tiếp theo xác định từ thông ấy đang tăng hay giảm. Từ trường do dòng cảm ứng phải chống lại sự biến thiên đó. Quy tắc bàn tay phải chuyển hướng từ trường cảm ứng thành chiều dòng điện trong vòng.

Vì sao từ thông vẫn có thể thay đổi?

chỉ xác định chiều của dòng cảm ứng. Độ lớn dòng còn phụ thuộc điện trở mạch. Điện trở càng lớn thì dòng cảm ứng càng nhỏ, vì vậy tác dụng chống biến thiên càng yếu và từ thông dễ thay đổi hơn. Nếu vòng dây được làm bằng gỗ, dòng cảm ứng gần như bằng không.

Điện trở càng nhỏ thì dòng cảm ứng càng lớn, khiến sự thay đổi khó diễn ra hơn. Khi nam châm và vòng dẫn còn chuyển động tương đối, dòng cảm ứng tồn tại. Khi chuyển động tương đối chấm dứt, điện trở hữu hạn làm dòng giảm nhanh về không.

Trường hợp giới hạn là mạch có điện trở bằng không. Dòng cảm ứng có thể tiếp tục tồn tại ngay cả sau khi cảm ứng biến mất. Dòng duy trì này làm qua vòng giữ nguyên giá trị ban đầu. Vật liệu có điện trở bằng không và thể hiện kiểu dòng duy trì này.

Bảo toàn năng lượng quyết định chiều cảm ứng

Nếu dòng cảm ứng trong máy phát thanh trượt chạy ngược chiều mà dự đoán, sẽ kéo thanh nhanh hơn. Thanh càng nhanh thì và dòng càng lớn, khiến lực từ càng mạnh theo chiều chuyển động. Mạch khi đó vừa tạo điện năng vừa tự tăng động năng mà không cần năng lượng đưa từ bên ngoài. Điều này vi phạm bảo toàn năng lượng và không xảy ra.

Đảo chiều từ trường cũng không thể tạo ra cách vận hành như vậy. Khi đổi chiều $\overrightarrow{B}$, dấu của và dòng điện cũng đổi, kéo theo chiều chiều dài dòng điện $\overrightarrow{L}$ đổi. Vì thế vẫn cản chuyển động. Đảo chiều vận tốc cho kết quả tương tự.

Ví dụ khái niệm 29.7. Định luật Lenz trong máy phát thanh trượt

Trong Hình 29.11, thanh trượt đi sang phải và hướng vào trang tăng. Dòng cảm ứng ngược chiều kim đồng hồ tạo từ trường hướng ra khỏi trang. Từ trường ấy ngược chiều từ trường ban đầu, đúng với yêu cầu chống lại sự tăng từ thông. lên thanh hướng sang trái, ngược chiều chuyển động.

Ví dụ khái niệm 29.8. Chiều dòng cảm ứng khi từ trường tăng

Một vòng dây nằm trong từ trường đều hướng lên qua mặt vòng. Độ lớn từ trường đang tăng. Hãy tìm chiều dòng cảm ứng.

Hướng đi hợp lý: Dòng cảm ứng phải tạo từ trường hướng xuống để chống lại sự tăng hướng lên. Quy tắc bàn tay phải cho dòng theo chiều kim đồng hồ khi nhìn từ trên xuống.

Trong trường hợp này, chiều từ trường cảm ứng là hướng xuống. Dòng chạy theo chiều kim đồng hồ khi quan sát từ trên, như hình minh họa.

Tự kiểm tra Mục 29.3

Ở trường hợp 29.14a, nam châm làm hướng xuống qua vòng tăng khi tiến lại gần vòng. (a) Nếu giữ nam châm đứng yên và di chuyển vòng lên trên, dòng cảm ứng có cùng chiều như Hình 29.14a, ngược chiều hay bằng không? (b) Nếu nam châm và vòng cùng chuyển động xuống dưới với cùng vận tốc, dòng cảm ứng có cùng chiều, ngược chiều hay bằng không?

Đáp án

(a) Cùng chiều như Hình 29.14a. Vòng đi lên trong khi nam châm đứng yên tương đương với khoảng cách giữa chúng giảm, nên hướng xuống tăng như tình huống gốc. (b) Bằng không. Nam châm và vòng cùng chuyển động với một vận tốc nên vị trí tương đối không đổi, từ thông qua vòng không thay đổi.

Tài liệu tham khảo

Young & Freedman, University Physics with Modern Physics, ấn bản 15, mục 29.3, trang 962–964.