Bu yazımızda sizlere lenz kanunu ve konuyu daha iyi kavramamız için lenz kanunu ile ilgili sorular çözeceğiz. Faraday yasası (Eşitlik 1), indüklenmiş emk ve akıdaki değişimin zıt cebirsel işaretlere sahip olduklarını gösterir. Bunun, Lenz kanunu olarak bilinen oldukça gerçek bir fiziksel açıklanışı vardır;
İndüksiyon emk’in yönü, akımın ilmeğinin çevrelediği alandan geçen manyetik akı değişimine karşı koyacak şekilde manyetik akı oluşturan akımın yönündedir.
Yani, indüksiyon akımı, başlangıçta devreden geçen manyetik akının değişimini önleme etkisi gösterir. Göreceğiz ki bu yasa, enerjinin korunumu yasasının bir sonucudur.
Şekil 1(a) İki sabit iletken ray üzerinde iletken çubuk kaydıkça, halkadan geçen manyetik akı zamanla artar. Lenz kanunu uyarınca, indüksiyon akımı, kağıt düzleminden okuyucuya doğru, karşı koyan türde bir akı oluşturmak üzere, saat ibrelerinin tersi yönünde olmalıdır, (b) Çubuk sola doğru hareket ettiği zaman indüksiyon akımı saat ibrelerinin yönünde оlmalıdır.
Lenz yasasını anlamak için, kağıt düzlemine dik olarak yönelmiş, dış manyetik alan olarak bilinen, düzgün bir manyetik alanda iki paralel ray üzerinde hareket eden çubuk örneğine dönelim (Şekil 1a). Çubuk sağa doğru hareket ettikçe, halkanın alanı arttığı için, devre tarafından çevrelenen alandan geçen manyetik akı zamanla artar. Lenz kanunu, indüksiyon akımın yönünün, dış manyetik akı değişimine karşı koyacak yönde oluştuğunu ifade eder. Dış alandan ileri gelen ve kağıt düzleminden içeriye doğru geçen manyetik akı arttığı için, indüklenmiş akım, bu artışa karşı koyacak şekilde kağıt düzleminden okuyucuya doğru olan bir akı oluşturmalıdır. Buna göre çubuk sağa doğru hareket ettiği zaman meydana gelen akımın yönü, saat ibrelerinin tersi yönünde olmalıdır. (Bu yönü doğrulamak için sağ-el kuralım kullanın). Şekil 1b de olduğu gibi çubuk sola doğru hareket ediyorsa, halkadan geçen manyetik akı azalır. Akı, kağıt düzleminden içeri doğru yöneldiği için, halkanın içinde kağıt düzlemine doğru olan bir akı meydana getirebilmek için, indüksiyon akımın yönü saat ibreleriyle aynı yönde olmalıdır. Her iki halde de indüksiyon akımı, devrenin çevrelediği alandan geçen ilk akıyı korumaya çalışır.
Bu duruma şimdi de enerji açısından bakalım. Çubuğa sağa doğru küçük bir itmenin verildiğini varsayalım. Yukarıdaki tartışmada, bu hareketin halkada saat ibrelerinin tersi yönünde bir akıma yol açtığını bulduk. Bu akım saat ibreleri yönünde olsaydı, nelerin olacağım görelim. Saat ibreleri yönünde olan I akımı için, kayan çubuk üzerine etkiyen manyetik kuvvetin yönü sağa doğru olacaktı. Bu kuvvet çubuğu ivmelendirecek ve hızını artıracaktır. Bu, şimdi de, halkanın çevrelediği alanının daha çabuk artmasına sebep olacak, böylece indüksiyon akımı artacak, kuvvet büyüyecek, o da akımı artıracak vb… Gerçekte, sistem, kendisine herhangi bir enerji girişi olmadan, enerji kazanacaktır. Açıkça bu durum, tüm deneyimlere ve enerjinin korunumu kanununa aykırıdır. O halde akımın saat ibrelerinin tersi yönünde olması gerektiği sonucuna varırız.
Şekil 2(a) Mıknatıs, durgun olan iletken halkaya doğru hareket ettiği zaman, şekilde gösterilen yönde bir akım oluşur, (b) Bu indüksiyon akımı, sağa doğru artmakta olan dış akıya karşı koymak üzere sola doğru kendi manyetik akışını meydana getirir, (c) Mıknatıs, durgun olan iletken halkadan uzaklaştırıldığı zaman, gösterilen yönde bir akım oluşur, (d) İndüksiyon akımı, sağa doğru yönelmiş olan bir manyetik akı oluşturur ve azalmakta olan dış akıya karşı koymuş olur.
Şekil 2a da olduğu gibi, bir çubuk mıknatısın sağa doğru hareket ederek durgun bir metal halkaya yaklaştığı bir başka durumu göz önüne alalım. Mıknatıs, halkaya yaklaşacak şekilde sağa doğru hareket ettikçe, halkadan geçen dış manyetik akı zamanla artar. Sağa doğru ilerledikçe akıda meydana gelen bu artmaya karşı gelmek için, Şekil 2b de görüldüğü gibi, indüksiyon akımı sola doğru bir akı meydana getirir; böylece indüksiyon akımın yönü şekilde gösterildiği gibidir. İndüklenmiş akıma eşlik eden manyetik alan çizgilerinin, mıknatısın hareketine zıt yönde olduğuna dikkat edilmelidir. Aynı cins manyetik kutupların birbirini itmesi sebebiyle, akım ilmeğinin sol yüzü kuzey kutup, sağ yüzü ise güney kutuptur.
Şekil 2c’de görüldüğü gibi, mıknatıs sola doğru hareket ederse, sağa doğru olup halkanın içinden geçen akı zamanla azalacaktır. Şimdi halkadaki indüklenmiş akım, Şekil 2d’de gösterilen yöndedir, Çünkü bu akımın yönü, dış manyetik akı ile aynı yönde olan bir manyetik akı oluşturur. Bu durumda, halkanın sol yüzü güney kutup, sağ yüzü ise kuzey kutuptur.
Lenz Kanunu İle İlgili Sorular
Bir metal halka, Şekil 3a’da görüldüğü gibi solenoidin yakınına yerleştiriliyor. Halkada oluşan indüksiyon akımının yönünü, (a) solenoidi içeren devredeki anahtar kapatıldığı anda, (b) anahtarı kapatılma anından birkaç saniye sonra ve (c) anahtar açıldığı anda bulunuz.
Çözüm (a) Anahtar kapatıldığı anda, halkadan hiçbir manyetik akı çizgisinin geçmediği bir durumdan, Şekil 3b de gösterilen yönde akı çizgilerinin geçtiği bir duruma gelinir. Akıdaki bu değişikliğe karşı koymak için, halkadaki indüklenmiş akım, Şekil 3b’de görüldüğü gibi soldan sağa doğru bir manyetik alan oluşturmalıdır. Bu, gösterilen yönde bir akım gerektirir.
(b) Anahtarın kapatılmasından birkaç saniye sonra, halkadan geçen akıda hiçbir değişiklik olmaz; dolayısı ile halkadaki akım sıfırdır.
(c) Anahtarın açılması, manyetik akının halkadan geçtiği durumdan, akının sıfır olduğu bir duruma gelinmesine sebep olur, indüklenmiş akımın yönü, Şekil 3c’de gösterildiği gibidir; çünkü bu yöndeki akım, sağdan sola doğru yönelmiş olan bir manyetik alan oluşturmalıdır. Bu gösterilen yönde bir akım gerektirir.