Lenz yasası, değişen bir manyetik alanın bir iletkende oluşturduğu akımın, oluşturan değişime karşı koyacak yönde ortaya çıktığını söyler. Başka bir deyişle, manyetik akı değişirse iletkende bir “tepki akımı” doğar ve bu akım kendi manyetik alanıyla değişimi azaltmaya çalışır. Bu ilke, elektromanyetik indüksiyonun yönünü belirler ve doğadaki denge eğiliminin bir ifadesidir.

^{(Yapay zeka ile oluşturulmuştur.)}

Kim Buldu?

Yasa, 1834’te Alman fizikçi Heinrich Lenz tarafından formüle edilmiştir. Lenz, Faraday’ın 1831’de gösterdiği elektromanyetik indüksiyon deneylerini temel alarak indüklenen akımın yön kuralını ortaya koydu. Böylece “akım oluşur” bilgisinin yanına “akımın yönü değişime karşıdır” ilkesi eklendi.

Temel İlke

Bir mıknatısı tel bobine yaklaştırdığınızda bobinde akım indüklenir ve bu akımın manyetik alanı, mıknatısın yaklaşmasına karşı çıkar. Mıknatısı uzaklaştırdığınızda yine akım oluşur ama bu kez bobin, uzaklaşmayı zorlaştıracak yönde alan üretir. Değişim ne kadar hızlı ve akı değişimi ne kadar büyük olursa indüklenen gerilim ve akım da o kadar artar.

^{(Yapay zeka ile oluşturulmuştur.)}

Enerjinin Korunumu ile İlişkisi

Lenz Yasası, enerjinin korunumu ile tam uyum içindedir: Eğer indüklenen akım değişimi destekleseydi sistem “kendi kendine” enerji üretmiş olurdu. Oysa pratikte mıknatısı bobine iterken ya da çekerken mekanik iş yaparsınız ve bu iş elektrik enerjisine (ve çoğu kez ısıya) dönüşür. Böylece hiçbir fizik yasası ihlâl edilmeden süreç açıklanır.

Matematiksel İfade

Faraday yasası, indüklenen elektromotor kuvveti (emk) için ε = − dΦ_B/dt ifadesini verir; buradaki eksi işareti Lenz Yasası’nı, yani karşı koyma yönünü temsil eder. Çok sarımlı bobinde ε = − N · dΦ_B/dt yazılır ve N sarım sayısıdır; akı Φ_B, alan ile yüzeyin çarpımının uygun yönlü integralidir. İşaret kuralı, sağ el kuralı gibi yön sözleşmeleriyle birlikte akımın gerçek yönünü belirlemede kullanılır.

Girdap Akımları ve Sonuçları

Değişen manyetik alanlar katı metal kütlelerin içinde kapalı çevrimli akımlar (girdap akımları) doğurur. Bu akımlar da Lenz Yasası gereği değişime karşı alanlar üretir; sonuçta frenleyici bir etki ve çoğu zaman ısınma ortaya çıkar. Bu olgu, elektromanyetik frenlerden kayıp ısılara kadar pek çok teknik durumda gözlenir.

Uygulamalar

Jeneratörler dönme hareketini değişen manyetik akıya çevirerek iletkende gerilim üretir ve Lenz yasası indüklenen akımın yük altında nasıl davrandığını belirler. Transformatörlerde primer devredeki akı değişimi, sekonderde karşı yönde gerilim indükler; tasarımda kayıpları sınırlamak için malzeme ve geometri seçimi önemlidir. Elektrik motorlarında da akı değişimi ve karşı alan prensipleri birlikte çalışır.

^{(Yapay zeka ile oluşturulmuştur.)}

Deneyle Gözlem

Bir mıknatısı bakır borudan bıraktığınızda mıknatıs normalden yavaş düşer; çünkü boruda doğan girdap akımları düşüşe karşı alan üretir ve “görünmez fren” etkisi doğar. Atlayan yüzük (alüminyum halka) düzeneklerinde ise bobindeki akı değişimi, halkada karşı alanlı akım oluşturur ve halka yukarı doğru itilebilir—yine değişime karşı koyma ilkesinin bir sonucudur.

Mühendislikte Kayıplar ve Çözümler

Girdap akımları istenmeyen ısıl kayıplara yol açtığı için transformatör ve motor nüveleri ince sac levhalar (laminasyon) halinde yapılır. Böylece kapalı döngü akımların dolaşabileceği alan daraltılır ve kayıplar azalır. Tasarımda malzeme iletkenliği, manyetik geçirgenlik ve çalışma freansı birlikte değerlendirilir.