Знаменитое правило Ленца.

Предыдущая статья: Закон Ампера - это круто!

Есть знаменитое правило Ленца.

Правило Ленца определяет направление индукционного тока и гласит:

Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток.

Сивухин Д. В. § 65. Правило Ленца // Общий курс физики. — М.: Наука , 1977. — Т. III. Электричество. — С. 268. — 688 с.

По Фарадею несколько иначе, изменение тока в индуцирующем проводнике(контуре) порождает изменение тока обратного направления первому в замкнутых контурах рядом с первым. Это следует из его опытов.

А при этом контуры с разными направлениями токов имеют отличные магнитные полюса и пары разворачиваются стыкуясь S-N S-N как и постоянные магниты.

Правило сформулировано в 1833 году Э. Х. Ленцем . Позднее оно было обобщено на все физические явления в работах Ле Шателье (1884 год ) и Брауна (1887 год ), это обобщение известно как принцип Ле Шателье — Брауна .

Эффектной демонстрацией правила Ленца является опыт Элиу Томсона . https://ru.wikipedia.org/wiki/Опыт_Элиу_Томсона

Видео.

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=29WI0zgl5yY

Этот опыт полностью Убивает правило Ленца в том виде как нам его преподносят. Индукционный ток не ослабляет действия причины, а старается действовать заодно с причиной. При этом происходит разворот до совпадения направления токов.

На видео видно, что кольцо одето с зазором на выступающую направляющую в виде трубки.

При включении переменного тока достаточной силы, кольцо приподнимается, смещается и наклоняется под углом к трубке, причем опираясь на трубку одной стороной, и положение это не меняется в процессе увеличения силы тока, кольцо его не меняет, и только приподнимается.

А это говорит о том, что на него действует плечо силы, а трубка не дает ей реализоваться. То есть кольцо пытается перевернуться. А создается впечатление, что его выталкивает. Чем больше ток, тем больше и «выталкивает» за счет того что направляющая не дает перевернуться.

Аналогичный опыт без направляющей, и кольцо просто улетает в сторону от магнита и при этом еще переворачивается..

Естественно, чтобы перевернуться, кольцу необходимо приподняться, то есть ослабить действие рычага( переворачивающей силы), и тем самым освободить пространство для переворота, чтоб ничего не мешало.

Как это происходит при постоянном текущем токе, показывает опыт с соленоидом и магнитом.

В зависимости от комбинации направления тока в соленоиде, и положения полюсов

магнита, свободно подвешенный за одну точку соленоид либо сразу втягивается магнитом в нейтральную зону, либо, отталкиваясь сначала от полюса магнита на определенное расстояние не более длины самой катушки, почему, а чтоб лишиться точки опоры, переворачивается на 180 градусов и втягивается в нейтральную зону магнита.

Комбинаций таких всего четыре.

Точно такие же четыре комбинации имеются с двумя магнитами, две комбинации с разноименными полюсами и две с разноименными, при разном ориентировании по сторонам света.

Как это происходит с двумя соленоидами при включении тока.

Знаменитое правило Ленца.

Ток в соленоиде 1 уже идет.

Стоит отметить---ОДИНАКОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА в двух соленоидах!!!

Именно это свойство и является причиной разворота.

То есть в опыте Ампера с двумя отрезками проводников с током, при разном направлении токов происходит не одно сплошное отталкивание, а разворот свободно подвешенного проводника, который убивается подвесом за две точки.

Как это происходит при свободном подвесе провода и магнитом.

Знаменитое правило Ленца.

При включении тока происходит завивка провода вокруг магнита, и чем больше ток, тем плотнее завивка в районе нейтральной зоны магнита.

При перемене направления тока, направление завивки меняется на обратное.

Направление тока, и направление завивки совпадает с направлением тока и направлением движения магнита в первом опыте Эрстеда.

   Рядом представлен рисунок из того же учебника для короткого, закрепленного на подвесе отрезка. Из этих двух опытов уже видна тенденция проводника располагаться  в нейтральной зоне магнита, обвиваясь вокруг него по мере возможности. Перемена направления тока изменяет направление завивки на противоположное, а во втором опыте переворачивает на 180 градусов подвешенный отрезок проводника.    Мало того, проводник притягивается к условной линии разделяющей магнит( на рисунке это сила действует вертикально вниз и загибает проводник по форме самого магнита.   Сила действует не прямолинейно!!!!! ЕЕ невозможно разложить на составляющие!   В том то и Фокус.
Рядом представлен рисунок из того же учебника для короткого, закрепленного на подвесе отрезка. Из этих двух опытов уже видна тенденция проводника располагаться в нейтральной зоне магнита, обвиваясь вокруг него по мере возможности. Перемена направления тока изменяет направление завивки на противоположное, а во втором опыте переворачивает на 180 градусов подвешенный отрезок проводника. Мало того, проводник притягивается к условной линии разделяющей магнит( на рисунке это сила действует вертикально вниз и загибает проводник по форме самого магнита. Сила действует не прямолинейно!!!!! ЕЕ невозможно разложить на составляющие! В том то и Фокус.
Рядом представлен рисунок из того же учебника для короткого, закрепленного на подвесе отрезка. Из этих двух опытов уже видна тенденция проводника располагаться в нейтральной зоне магнита, обвиваясь вокруг него по мере возможности. Перемена направления тока изменяет направление завивки на противоположное, а во втором опыте переворачивает на 180 градусов подвешенный отрезок проводника. Мало того, проводник притягивается к условной линии разделяющей магнит( на рисунке это сила действует вертикально вниз и загибает проводник по форме самого магнита. Сила действует не прямолинейно!!!!! ЕЕ невозможно разложить на составляющие! В том то и Фокус.

Это в учебниках,

А это у Эрстеда.

   провод и магнитная стрелка, тока нет.
провод и магнитная стрелка, тока нет.
провод и магнитная стрелка, тока нет.

После включения тока. Направление тока от минуса к плюсу.

Знаменитое правило Ленца.

Штрих-пунктир новое положение стрелки.

Поворот осуществляется при увеличении силы тока, и при приближении магнита к проводу.

Как происходит втягивание и выталкивания отрезка проводника при разном положении магнита или направлении тока, показывает упрощенный опыт Ампера по такой схеме без подвеса.

В опыте Ампера был подвес в двух точках и угловое отклонение провода при выталкивании просто не заметить при таком способе подвеса.

Знаменитое правило Ленца.

Далее следует знаменитый опыт с кольцами.

Вот так проводить опыт нельзя.

Кольцо закреплено в двух точках, а потому не показывает действие разворачивающей силы. Плечо рычага не работает. И каким полюсом не вдвигай магнит, действия с переворотом не заметить. А то что закон индукции фарадея работает, так это несомненно.

Знаменитое правило Ленца.

И вот так опыт делать нельзя, жестко закрепляя кольцо на опоре.

Знаменитое правило Ленца.

А дело все в опытах Эрстеда, которые никто не стал разбирать досконально.

В том же опыте с кольцом, если его проводить при свободном да еще и на чувствительной резинке подвесе наблюдаются явления опровергающие правило Ленца..

Знаменитое правило Ленца.

При поступательном движении магнита по оси кольца, кольцо только сначала отталкивается, а при пересечении плоскости наконечника полюса магнита втягивается в нейтральную зону. При этом оно немного поворачивается и раскачивается из стороны в сторону. При обратном движении из кольца начиная от положения в нейтральной зоне, кольцо следует за ней, а если проскочить плоскость наконечника, кольцо продолжает двигаться за магнитом. При этом, каких либо вращательных движений из стороны в сторону у кольца нет.

Все это означает только одно, до пересечения плоскостью магнита плоскости кольца индукционный ток имеет одно направление, и кольцо пытается перевернуться, а потом не меняется на обратное, относительность!!! при обратном движении ток направления не изменяет! Оно меняется на обратное, если продолжать поступательное движение магнита и вынимать его с другой стороны кольца!!!

И если кольцо в виде цилиндра, по длине превышающего длину магнита, то при поступательном движении магнита в кольце возникнет сразу два индукционных тока вблизи полюсов магнита, удерживающих магнит в нейтральной зоне и направленных по-разному. Один из них втягивает магнит, а второй не дает вынуть.

Правило ленца перестает работать в том виде как озвучено .

Далее с таким цилиндром проводился опыт по приближению к нему магнита с различных внешних сторон. Во всех случаях цилиндр на подвесе в одной точке, сначала отталкивался и поворачивался к магниту отверстием!! И опять отталкивался до тех пор, пока не пересечет плоскость отверстия. Зависело это от положения относительно средней линии цилиндра, если это действие происходило сбоку. При удалении магнита от цилиндра сбоку цилиндр следовал за магнитом в любом случае, разворачиваясь отверстием к полюсу.

Это означает, что индукционный ток возникающий в цилиндре все равно идет по кругу и разворачивает магнит именно в ту строну, чтоб как и в соленоидах достичь совпадения токов, то есть вектор магнитной индукции по любому разворачивается до совпадения во всех приведенных опытах как с постоянными магнитами, так и с электромагнитами.

Наличие разреза в кольце меняет только проводимость среды в разрезе, то есть при соответствующей разнице потенциалов в кольце и ширине разреза, внутри проскочит искра. Что в принципе и наблюдал в своих опытах Герц. То есть индукция при движении магнита возникает и в разорванном проводнике в виде аккумулированного заряда и разницы потенциалов.

И действие силы в разрезанном кольце все же наблюдается, кольцо двигается, стоит только внимательно посмотреть на вторую часть опыта. По чуть - чуть, но двигается и в обе стороны, в обратную меньше.

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=seFfBO2zAmE

Кстати опыт корректностью не отличается, поскольку кольца не изолированы, и все манипуляции производятся над кольцами, имеющими ответвления в сторону, а значит, и не показывают той истинной картины с индукцией, которую можно наблюдать при изолированном подвесе.

Связано это с колебаниями тока в системе и накоплением количества электричества, поскольку нет замкнутого контура.

Сильно влияет на результаты опыта и изоляционное покрытии проводника.

Таким образом, при движении на встречу «кольцу» действует частично правило «ленца» , но с разворачивающей силой. При движении магнита от кольца, вектор магнитной индукции индукционного тока в кольце всегда совпадает с вектором магнитной индукции магнита, и правило ленца опять не действует, поскольку сила максимальна именно напротив отверстия и не ослабевает по мере удаления. Кольцо просто следует за магнитом. То есть имеется совместное движение, не подчиняющееся изменению магнитного потока. И только П ри закрепленном жестко кольце это правило и работает.

При установке кольца( цилиндра) на плоскую поверхность с возможностью катать, при приближении магнита оно откатывается, при удалении оно следует за ним. При этом трение скольжения не позволяет увидеть прелести разворота, а трение качения позволяет наблюдать вращение.

Интересен механизм возникновения разницы потенциалов в кольце, ведь никто опытов такого рода чисто с кольцом не проводил, и вообще есть ли она?

Отдельная тема, и требует тщательной проверки.

Фатьянов А.В. 2018 Спб.