लेनज़ का नियम

लेन्ज़ का नियम लूप के माध्यम से चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन से अप्रत्यक्ष रूप से प्रेरित चालक लूप में विद्युत धारा की दिशा बताता है। परिदृश्य A, B, C, D और E संभव हैं। परिदृश्य F ऊर्जा के संरक्षण के कारण असंभव है। चालक में आवेश (इलेक्ट्रॉन) प्रवाह में परिवर्तन से सीधे गति में नहीं धकेले जाते हैं, बल्कि उत्प्रेरण और प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र के कुल चुंबकीय क्षेत्र के चारों ओर एक गोलाकार विद्युत क्षेत्र (चित्रित नहीं) द्वारा धकेले जाते हैं। यह कुल चुंबकीय क्षेत्र विद्युत क्षेत्र को प्रेरित करता है।

लेन्ज़ का नियम इस तथ्य को संदर्भित करता है कि एक परिवर्तित चुंबकीय क्षेत्र द्वारा एक विद्युत चालक में विद्युत प्रवाह की दिशा ऐसी होती है कि प्रेरित धारा द्वारा निर्मित चुंबकीय क्षेत्र प्रारंभिक चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन का विरोध करता है। इसका नाम भौतिक विज्ञानी एमिल लेन्ज़ के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने इसे 1834 में तैयार किया था।

यह एक वैज्ञानिक नियम है जो प्रेरित विद्युत धारा की दिशा को निर्दिष्ट करता है, लेकिन इसके परिमाण के बारे में कुछ भी संदर्भित नहीं करता है। लेन्ज़ का नियम विद्युत चुंबकत्व में कई प्रभावों की दिशा का पूर्वानुमान करता है, जैसे कि एक प्रेरक में प्रेरित वोल्टेज की दिशा या एक प्रतिवर्ती धारा द्वारा विद्युत चुम्बकीय कुंडली, या एक चुंबकीय क्षेत्र में गतिमान वस्तुओं पर भंवर धाराओं का कर्षण बल स्थानांतरित किया जाता है।

लेन्ज़ के नियम को न्यूटन के गति के नियमों के अनुरूप देखा जा सकता है, न्यूटन का तीसरा नियम चिरसम्मत यांत्रिकी में न्यूटन का तीसरा नियम and Le Chatelier's principle in chemistry.

परिभाषा

लेन्ज़ का नियम कहता है कि:

चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन के कारण सर्किट में प्रेरित धारा प्रवाह में परिवर्तन का विरोध करने और गति का विरोध करने वाले यांत्रिक बल को लागू करने के लिए निर्देशित होती है।

लेंज़ का नियम फैराडे के प्रेरण के नियम के कठोर उपचार में निहित है (कुंडली में प्रेरित EMF का परिमाण चुंबकीय क्षेत्र के परिवर्तन की दर के समानुपाती होता है), जहाँ यह ऋणात्मक चिह्न द्वारा व्यंजक पाता है:

$${\mathcal {E}}=-{\frac {\mathrm {d} \Phi _{\mathbf {B} }}{\mathrm {d} t}},$$

जो इंगित करता है कि प्रेरित वैद्युतवाहक बल ${\mathcal {E}}$ और चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन की दर $\Phi _{\mathbf {B} }$ विपरीत संकेत हैं। इसका मतलब यह है कि एक प्रेरित क्षेत्र के पीछे ईएमएफ की दिशा परिवर्तित वर्तमान का विरोध करती है जो इसका कारण है। डेविड_जे._ग्रिफिथ्स|डी.जे. ग्रिफिथ्स ने इसे इस प्रकार संक्षेप में प्रस्तुत किया: प्रकृति प्रवाह में परिवर्तन का विरोध करती है। यदि धारा के चुंबकीय क्षेत्र में परिवर्तन i₁ एक और विद्युत प्रवाह प्रेरित करता है, i₂, मैं की दिशा₂ i में परिवर्तन के विपरीत है₁. यदि ये धाराएँ दो समाक्षीय वृत्ताकार संवाहकों में हैं ℓ₁ और ℓ₂ क्रमशः, और दोनों प्रारंभ में 0 हैं, फिर धाराएं i₁ और मैं₂ उल्टा घुमाना चाहिए। परिणामस्वरूप विरोधी धाराएँ एक दूसरे को पीछे हटा देंगी।

उदाहरण

मजबूत चुम्बकों से चुंबकीय क्षेत्र तांबे या एल्यूमीनियम पाइप में प्रति-घूर्णन धाराएँ बना सकते हैं। यह पाइप के माध्यम से चुंबक को गिराकर दिखाया गया है। पाइप के अंदर चुंबक का नीचे उतरना प्रत्यक्ष रूप से पाइप के बाहर गिराए जाने की तुलना में धीमा होता है।

जब फैराडे के नियम के अनुसार चुंबकीय प्रवाह में परिवर्तन से एक वोल्टेज उत्पन्न होता है, तो प्रेरित वोल्टेज की ध्रुवता ऐसी होती है कि यह एक धारा उत्पन्न करता है जिसका चुंबकीय क्षेत्र उस परिवर्तन का विरोध करता है जो इसे उत्पन्न करता है। तार के किसी भी लूप के अंदर प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र हमेशा चुंबकीय प्रवाह को लूप में स्थिर रखने के लिए कार्य करता है। एक प्रेरित धारा की दिशा दाहिने हाथ के नियम का उपयोग करके निर्धारित की जा सकती है, यह दिखाने के लिए कि प्रवाह की कौन सी दिशा एक चुंबकीय क्षेत्र बनाएगी जो लूप के माध्यम से प्रवाह को बदलने की दिशा का विरोध करेगी। उपरोक्त उदाहरणों में, यदि फ्लक्स बढ़ रहा है, तो प्रेरित क्षेत्र इसके विरोध में कार्य करता है। यदि यह घट रहा है, तो प्रेरित क्षेत्र परिवर्तन का विरोध करने के लिए लागू क्षेत्र की दिशा में कार्य करता है।

इन धाराओं में शुल्कों की विस्तृत बातचीत

एल्यूमीनियम की अंगूठी विद्युत चुम्बकीय प्रेरण द्वारा चलती है, इस प्रकार लेन्ज़ के नियम का प्रदर्शन करती है।

फ़ाइल:21. टेप नियम – прстен 01.ogg|thumb|280px|लेन्ज़ के नियम को दो एल्यूमीनियम रिंगों के साथ दिखाने वाला प्रयोग, एक धुरी पर स्थापित तराजू जैसी डिवाइस पर ताकि क्षैतिज विमान में स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित हो सके। एक रिंग पूरी तरह से बंद है, जबकि दूसरे में एक ओपनिंग है, एक पूरा सर्कल नहीं बना रहा है। जब हम पूरी तरह से बंद रिंग के पास एक चुंबक रखते हैं, तो रिंग इसके द्वारा प्रतिकर्षित हो जाती है। हालाँकि, जब सिस्टम रुक जाता है, और हम बार चुंबक को हटा देते हैं, तो रिंग इससे आकर्षित होती है। पहले मामले में, अंगूठी में निर्मित प्रेरित धारा चुंबक की निकटता के कारण चुंबकीय प्रवाह की वृद्धि का विरोध करती है, जबकि बाद के मामले में, चुंबक को अंगूठी से बाहर ले जाने से चुंबकीय प्रवाह कम हो जाता है, ऐसे प्रवाह को प्रेरित करता है जिसका चुंबकीय क्षेत्र प्रतिरोध करता है प्रवाह की कमी। यह घटना तब अनुपस्थित होती है जब हम प्रयोग को उस अंगूठी के साथ दोहराते हैं जो चुंबक बार को डालने और हटाने से संलग्न नहीं होती है। इस वलय में प्रेरित धाराएँ स्वयं को वलय में संलग्न नहीं कर सकती हैं, और एक बहुत ही कमजोर क्षेत्र है जो चुंबकीय प्रवाह के परिवर्तन का विरोध नहीं कर सकता है।

विद्युत चुंबकत्व में, जब आवेश विद्युत क्षेत्र रेखाओं के साथ-साथ चलते हैं तो उन पर कार्य किया जाता है, चाहे इसमें संभावित ऊर्जा (नकारात्मक कार्य) को संग्रहीत करना या गतिज ऊर्जा को बढ़ाना (सकारात्मक कार्य) शामिल हो।

जब आवेश q पर शुद्ध धनात्मक कार्य लागू किया जाता है₁, यह गति और गति प्राप्त करता है। क्यू पर शुद्ध काम₁ जिससे एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है जिसकी शक्ति (चुंबकीय प्रवाह घनत्व की इकाइयों में (1 टेस्ला (इकाई) = 1 वोल्ट-सेकंड प्रति वर्ग मीटर) q की गति वृद्धि के समानुपाती होती है₁. यह चुंबकीय क्षेत्र पड़ोसी चार्ज क्यू के साथ बातचीत कर सकता है₂, इस संवेग को इसे आगे बढ़ाते हुए, और बदले में, q₁ गति खो देता है।

चार्ज क्यू₂ q पर भी कार्य कर सकता है₁ इसी तरह से, जिससे यह q से प्राप्त कुछ संवेग लौटाता है₁. संवेग का यह आगे-पीछे का घटक चुंबकीय अधिष्ठापन में योगदान देता है। क्यू के करीब₁ और क्यू₂ हैं, प्रभाव जितना अधिक होगा। जब क्यू₂ एक प्रवाहकीय माध्यम के अंदर है जैसे तांबे या एल्यूमीनियम से बना एक मोटी स्लैब, यह क्यू द्वारा लगाए गए बल पर अधिक आसानी से प्रतिक्रिया करता है₁. क्यू की ऊर्जा₁ क्यू के वर्तमान द्वारा उत्पन्न गर्मी के रूप में तुरंत खपत नहीं होती है₂ लेकिन दो विरोधी चुंबकीय क्षेत्रों में भी संग्रहीत होता है। चुंबकीय क्षेत्र की ऊर्जा घनत्व चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता के वर्ग के साथ भिन्न होती है; हालांकि, चुंबकीय रूप से गैर-रैखिक सामग्री जैसे लौह-चुंबकीय और अतिचालक के मामले में, यह चुंबकीय क्षेत्र # चुंबकीय क्षेत्र में संग्रहीत ऊर्जा टूट जाती है।

गति का संरक्षण

गति को प्रक्रिया में संरक्षित किया जाना चाहिए, इसलिए यदि q₁ एक दिशा में धकेला जाता है, तो q₂ एक ही समय में एक ही बल द्वारा दूसरी दिशा में धकेला जाना चाहिए। हालाँकि, स्थिति और अधिक जटिल हो जाती है जब विद्युत चुम्बकीय तरंग प्रसार की परिमित गति पेश की जाती है (मंद क्षमता देखें)। इसका मतलब यह है कि एक संक्षिप्त अवधि के लिए दो आवेशों का कुल संवेग संरक्षित नहीं होता है, जिसका अर्थ है कि अंतर को क्षेत्रों में संवेग द्वारा हिसाब में लिया जाना चाहिए, जैसा कि रिचर्ड पी। फेनमैन द्वारा दावा किया गया है। 19वीं सदी के प्रसिद्ध विद्युतगतिकी जेम्स क्लर्क मैक्सवेल ने इसे विद्युतचुम्बकीय संवेग कहा। फिर भी, जब लेन्ज़ का नियम विपरीत आवेशों पर लागू होता है तो खेतों का ऐसा उपचार आवश्यक हो सकता है। आमतौर पर यह माना जाता है कि संबंधित शुल्कों का चिह्न एक ही है। यदि वे नहीं करते हैं, जैसे कि एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन, तो परस्पर क्रिया भिन्न होती है। एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने वाला एक इलेक्ट्रॉन एक EMF उत्पन्न करेगा जो एक प्रोटॉन को इलेक्ट्रॉन के समान दिशा में त्वरित करने का कारण बनता है। सबसे पहले, यह गति के संरक्षण के कानून का उल्लंघन प्रतीत हो सकता है, लेकिन विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की गति को ध्यान में रखा जाता है, तो इस तरह की बातचीत गति को संरक्षित करने के लिए देखी जाती है।

बाहरी संबंध

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• A dramatic demonstration of the effect on YouTube with an aluminum block in an MRI