렌츠의 법칙

렌츠의 법칙은 패러데이의 전자기유도 법칙에 의해 발생되는 유도기전력의 방향에 관한 법칙으로 러시아의 물리학자 렌츠(Heinrich Friedrich Emil Lenz, 1804-1865)에 의해 1834년에 발견되었다.

이 법칙을 이해하기 위해 그림 1과 같이 원형고리 모양의 도선과 막대자석 사이의 상대운동을 고려해 보기로 하자. 그림 1의 a에서처럼 막대자석이 가만히 있으면 원형 고리에 유도전류가 발생하지 않고, b에서처럼 막대자석의 N극이 원형고리에 가까이 오면 원형고리에 흐르는 전류는 고리 위에서 볼 때 반시계 방향으로 흐르고 이 원형고리가 만드는 자기모멘트는 위 쪽이 N극이 되어 자석을 밀치게 되어 자석의 운동을 방해한다. 마찬가지로 그림 c에서처럼 원형고리로 부터 막대자석이 멀어지면 원형고리를 지나는 N극 방향의 자기선속이 줄어들고 원형고리에 흐르는 전류의 방향은 시계방향이 되어 원형고리가 만드는 자기모멘트의 자극은 위쪽이 S극이 되어 막대자석이 위로 움직이는 것을 방해하는 인력을 작용하게 된다.

그림 1. 렌츠의 법칙

이렇게 자석과 전류회로의 상대적 운동에 의해 생기는 자기선속의 변화에 반대되는 방향으로 유도기전력이 생기는 것을 렌츠의 법칙이라 한다. 이를 수식으로 나타내면,

@@NAMATH_DISPLAY@@E =-\frac{\Delta \Phi_B}{\Delta t}@@NAMATH_DISPLAY@@

여기서 @@NAMATH_INLINE@@E@@NAMATH_INLINE@@는 유도기전력, @@NAMATH_INLINE@@\Phi_B@@NAMATH_INLINE@@는 원형고리를 지나는 자기선속으로 위 수식에서 – 부호가 렌츠의 법칙을 나타낸다. 렌츠의 법칙은 에너지보존법칙과 관계되는데, 만약 위 b에서처럼 막대자석을 사람이 아랫방향으로 움직였을 때 원형고리에 흐르는 유도전류의 방향이 그림과 반대방향이면 원형고리에 의한 자기모멘트에서 위쪽이 S극이 되어 막대자석은 사람이 일을 해주지 않더라도 저절로 끌려내려오게 되고 저절로 전기에너지가 발생하게 되어 에너지보존법칙에 위배된다.