Правило Ленца

47

лоты: $W_{\text{кон}} - W_{\text{нач}} = A - Q$.
Строго говоря, величины $A$ и $Q$ могут быть как положительные, так и отрицательные:
$A > 0$, если внешние тела совершают работу над системой, и $A < 0$, если система сама совершает работу над внешними телами;
$Q > 0$, если механическая энергия переходит в какие-либо другие формы, и $Q < 0$, если переход производит из немеханической формы энергии в механическую.
Приведенное уравнение оказывается исключительно эффективным при решении самых разнообразных физических задач.

Е. Е. Городецкий

Правило Ленца

В физике часто встречается ситуация, когда внешнее воздействие на какой-либо объект приводит к появлению противодействия этому воздействию. Приведем конкретные примеры.

Заключим газ в теплопроводной цилиндр, закрытый легким поршнем, который может в нем свободно перемешаться. В равновесии поршень займет такое положение, при котором давление газа в цилиндре равно внешнему давлению. Смешая поршень, уменьшим объем газа в цилиндре. Давление газа при этом возрастет, и это будет служить превращением для дальнейшего смесения поршня. При увеличении же объема газа давление в цилиндре упадет, и опять появляется силы, превращующее перемешению поршня.

Поставим чайник с водой на огонь. В результате повышения температуры дна чайника в системе чайник — вода возникнут такие процессы теплопередачи, которые стремятся уменьшить эффективная температура — от чайника к воде будет передаваться тепло.

Внесем проводник в электростанческое поле. Под действием поля заряды проводника перераспределяется таким образом, чтобы уничтожить причину, вызваншую их перераспределение, т. е. поле внутри проводника.

Вудем выдвигать постоянный магнит из проводшего колба. В колбе появится индекционный ток, и оно станет пригravаться к магниту, стремясь уничтожить причину (удаление магнита от колба), приведшую к возникновению тока.

Все эти примеры наводят на мысль, что внешнее воздействие, вызваншее систему из состояния устойчивого равновесия, стремулирует в системе процессы, стремящемся ослабить результат этого воздействия. Так формулируется прицелл, установленный французским ученым Ле Шателье в 1884 году и утонченный немецким физиком Брауном в 1887 году. Этот прицелл позволяет предвидеть, в каком направлении будет протекать процессы в системе, выведенной из равновесия. Он широко используется в физике и химиии.

Исторические прицелл Ле Шателье — Браунна был формулирован как общешение правил Ленца, которое гласит: индекционный ток, возникший в результате электромагнитной индукции, всегда направлен так, чтобы пытается прегravаться причине, его вызвавшей. Это правило формулировал русский физик Ленц в 1833 году. Суть правил Ленца пропилосприрует на несколько примерах.

Пример 1. Южный полис постоянного магнита удаляется от проводшего колба (рис. 1). Определяте направление индукционного тока в колбе. Куда направлена сила, действующая на колбо?

Для ответа на первый вопрос за причину, вызванную ЭДС индекции в колбе, взят уменшенное магнитного потока через колбо. Согласно правил Ленца, собственное магнитное поле, созданное индекционным током, должно прегravаться этому уменшению. Поэтому магнитные линии собственного поля идут через колбо в том же направлении, что и магнитные линии поля постоянного магнита, т. е. влево. По правилам буравчика индекционный ток в колб-

48

Рис. 1.

це направлен по часовой стрелке, если смотреть на колъю справа.

Для ответа на второй вопрос приной, вызывающей ЭДС индукиции, удобно считать увеличение расстояния между магнитом и колъю. Тогда, в соответствии с правилам Ленца, появится противодействие этой принине, т. е. между колъю и магнитом возникнет сила притяжения, действующая на колъю влево.

Пример 2. Южный полос магнита удаляется от проводящего колъца с разрезом. Что можно сказать об индукиционном токе в колъце и силе, действующей на колъю, в этом случае?

Прежде чем ответить на эти вопросы, затем, что в приведенной выше формулировке правила Ленца говорится о том, что индукионный ток всегда направлен так, чтобы пытается притягивать принце своего появления, и не говорится о том, что это притягствие (противодействие) обязательно притягится. Противодействие принце, вызывающей ЭДС индукиции, проявляется и может быть обнаружено только в том случае, когда есть возможность для протекания индукионного тока. Эта возможность реализуется, например, если цель, в котором возникнет ЭДС индукиции, замкнута. И чем меньше сопротивление этой цепи, тем больше ток поддет по ней и тем сильнее притягится противодействие принце, его вызывающей.

Ясно, что в колъце с разрезом ЭДС индукиции ток создается не может и никакая сила на колъю действовать не будет.

Пример 3. Расстоянием опыт, эффективно демонстрирующий правило Ленца (рис. 2). Подвесям между электромагнита магнит,

Рис. 2.

низняя часть которого представляет только медную пластинку, и вышеем его из положения равновесия. Что будет проискать с магнитом dalыше?

При движении такого магнитка в медной пластинке появится замкнутые индукионные токи (красные линии на рисунке 2), направление которых будет меняться. Согласно правила Ленца, взаимодействие этих токов с внешним магнитным полем должно притягивать принце, вызывающей токи, т. е. движению магнитка. Таким образом, колбания магнитка будет затухать, подобно колбании в очень важной жизни.

Замкнутые индукионные токи, возникшие в сплошных проводящих телах, движущихся в магнитных полях или помещенных в изменяющихся магнитные поля, называются выходными токами, или токами Фуко — по имени открывшего их французского ученого. В зависимости от условий вихревые токи могут быть как вредными, так и полезными.

Токи Фуко в сердечниках трансформаторов и врашающся части электрических генераторов и двигателей вызывают бесполезное нагревание и приводят к потерям энергии. Для ослабления выходных токов такие детали изготовляют из тонких листов стали, разделенных тончайшими слоями диэлектрика так, чтобы изолирующие прослояки пересекали возможность линии протекания выходных токов.

Примером полезного использования токов Фуко служит индукионная печь для плавки металла или быстрого приготовления пищи. Приципп действия индукионной печи состоит в том, что проводящие тело (металл