Cím: Mire használható a Lenz-törvény?
Szerző(k):  Gálfi László 
Füzet: 1990/október, 327 - 328. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Szakmai cikkek

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A kérdéssel azért érdemes foglalkozni, mert a 2377. feladat megoldásának (KÖMAL 1990/1, 35. o.) utolsó bekezdésében ezt olvashatjuk: "... a Lenz-törvény ebben a feladatban nem alkalmazható (csak a jelenség elején ...)''.
A törvény szerint az indukált áram iránya olyan, hogy mágneses mezeje akadályozni igyekszik az áramot létrehozó változást. A címben feltett kérdésre ezért a válasz az, hogy az indukált áram irányának meghatározására. Ha tehát egy dróthurokhoz rúdmágnessel közelítünk, akkor a hurokban indukálódó áram által keltett mágneses mező taszítja a mágnest, majd ha a mágnest a hurkon átbújtatva távolítjuk a huroktól, akkor az indukált áram iránya megfordul, mágneses mezője most már vonzza a rúdmágnest. Az 1. ábrán a mágneses fluxus, az indukált feszültség és az indukált áram időbeli változása látható.

 
 

1. ábra
 

Az idézett feladatban azonban a dróthurokban egy kondenzátor is van, és a kondenzátorlemezek töltésének időbeli változása a kérdés. A helyzet most bonyolultabb, mert a töltésáramlás megindulása után a kondenzátor is "áramforrásként'' működik, a töltésváltozás meghatározásánál az indukált áram mellett ezt is figyelembe kell venni.
Ha a mágnest gyorsan mozgatjuk, azaz az indukált feszültség ti karakterisztikus ideje sokkal kisebb, mint az áramkör RC időállandója (némileg pontatlanul azt lehet mondani, hogy ha a dróthurok ellenállása nagy), akkor a kondenzátor kis áramot szolgáltat (mert töltése lassan változik), a körben folyó áram jó közelítéssel Ui/R-rel lesz egyenlő. Azt is mondhatjuk, hogy lényegében az indukált áram tölti a kondenzátort, ezért az a folyamat alatt egyszer feltöltődik és egyszer kisül ( 2. ábra felső graf.). Ekkor a töltésváltozás a Lenz-törvény segítségével meghatározható.
 
 

2. ábra
 

Ha a mágnest lassan mozgatjuk (vagy ha a dróthurok ellenállása elhanyagolható), akkor a kondenzátor töltése úgy változik, hogy feszültsége mindig megegyezik az indukált feszültséggel, mert az ohmos ellenálláson kis feszültség esik. Ekkor Q=UiC, tehát a kondenzátor kétszer töltődik fel és sül ki (2. ábra, alsó graf.). A Lenz-törvény persze érvényes, de a kör árama nem azonos az Ui/R indukált árammal, csak a folyamat legelején.