Định luật Lenz — Chiều của dòng điện cảm ứng

Định luật Lenz cho biết cách xác định chiều của dòng điện cảm ứng. Nếu từ thông qua một vòng dây thay đổi, dòng điện cảm ứng sẽ tạo ra một từ trường chống lại sự thay đổi đó. Nếu mạch hở, vẫn có suất điện động cảm ứng, nhưng không có dòng điện duy trì chạy qua.

Từ khóa quan trọng là sự thay đổi. Dòng điện cảm ứng không đơn giản là chống lại từ trường ngoài. Nó chống lại sự tăng hoặc giảm của từ thông qua vòng dây.

Định Luật Lenz Trong Một Phương Trình

Định luật Faraday và định luật Lenz thường được viết cùng nhau dưới dạng

$$\mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt}$$

Với một cuộn dây có $N$ vòng, dạng lý tưởng là

$$\mathcal{E} = -N\frac{d\Phi_B}{dt}$$

Dấu trừ là phần gắn với định luật Lenz. Nó mã hóa chiều: suất điện động cảm ứng tạo ra một dòng điện có tác dụng từ chống lại sự thay đổi của từ thông.

Định Luật Thực Sự Nói Gì

Từ thông đo lượng từ trường đi qua vòng dây. Nếu từ thông đó thay đổi, một suất điện động sẽ được cảm ứng. Nếu vòng dây là một mạch dẫn kín, suất điện động đó có thể tạo ra dòng điện.

Định luật Lenz cho biết dòng điện đó chạy theo chiều nào. Nếu từ thông ngoài qua vòng dây đang tăng theo một hướng nào đó, dòng điện cảm ứng sẽ tạo ra một từ trường theo hướng ngược lại. Nếu từ thông ngoài đang giảm, dòng điện cảm ứng sẽ tạo ra một từ trường cùng hướng với từ thông ban đầu để chống lại sự giảm đó.

Đó là lý do quy tắc này nói về việc chống lại sự thay đổi, chứ không phải chống lại chính từ trường.

Ví Dụ Có Lời Giải: Nam Châm Tiến Lại Gần Một Vòng Dây

Giả sử cực bắc của một nam châm thẳng chuyển động thẳng về phía một vòng dây dẫn. Hãy nhìn vòng dây từ phía nam châm.

Khi nam châm tiến lại gần, từ thông qua vòng dây tăng lên. Định luật Lenz nói rằng vòng dây phải tạo ra từ trường riêng của nó để chống lại sự tăng đó.

Điều đó có nghĩa là mặt của vòng dây gần nam châm phải hoạt động như một cực bắc. Điều này tạo ra tương tác đẩy và chống lại từ thông đang tăng.

Dùng quy tắc nắm tay phải cho vòng dây có dòng điện, ta suy ra dòng điện cảm ứng có chiều ngược chiều kim đồng hồ khi nhìn từ phía nam châm.

Nếu cùng nam châm đó chuyển động ra xa thay vì tiến lại gần, thì từ thông theo hướng đó sẽ giảm. Dòng điện cảm ứng sẽ đảo chiều để vòng dây cố duy trì hướng từ thông ban đầu. Khi đó, dòng điện có chiều cùng chiều kim đồng hồ khi nhìn từ phía nam châm.

Cách Xác Định Chiều Từng Bước

Khi các câu hỏi về chiều trở nên rối, hãy dùng trình tự sau:

1. Chọn một chiều dương cho từ thông qua vòng dây.
2. Xác định xem từ thông ngoài theo chiều đó đang tăng hay giảm.
3. Dùng định luật Lenz để chọn chiều của từ trường cảm ứng sao cho nó chống lại sự thay đổi đó.
4. Dùng quy tắc nắm tay phải để đổi chiều từ trường cảm ứng thành chiều dòng điện.

Cách này thường an toàn hơn so với việc cố đoán đáp án theo trí nhớ.

Những Lỗi Thường Gặp Với Định Luật Lenz

• Nói rằng dòng điện cảm ứng chống lại từ trường. Cách phát biểu an toàn hơn là nó chống lại sự thay đổi của từ thông.
• Bỏ qua bước xét từ thông và cố đoán trực tiếp chiều dòng điện từ chuyển động.
• Quên rằng sẽ không có dòng điện duy trì nếu không có đường dẫn kín, dù suất điện động vẫn có thể được cảm ứng.
• Nhầm lẫn giữa quy tắc nắm tay phải dùng cho chiều từ trường và quy tắc nắm tay phải dùng cho lực tác dụng lên điện tích chuyển động.
• Xem định luật Lenz là tách biệt với định luật Faraday. Trên thực tế, nó là phần xác định chiều trong định luật Faraday.

Định Luật Lenz Xuất Hiện Ở Đâu

Định luật Lenz được dùng trong máy phát điện, máy biến áp, cuộn cảm, phanh dòng điện xoáy, bếp từ và nhiều bài toán điện từ học cơ bản.

Nó cũng giúp các bài toán cảm ứng phù hợp với thực tế vật lý. Hiệu ứng cảm ứng không thể tự tăng cường sự thay đổi từ thông nếu không có nguồn năng lượng, nên dấu trong định luật Lenz là rất quan trọng.

Thử Một Trường Hợp Tương Tự

Hãy tự thử một phiên bản khác bằng cách đảo ngược chuyển động trong ví dụ trên: giữ nguyên vòng dây và nam châm, nhưng để nam châm đi ra xa vòng dây. Xác định xem từ thông đang tăng hay giảm, rồi dự đoán chiều dòng điện trước khi kiểm tra lại bằng quy tắc nắm tay phải.