Reguła Lenza sprowadza się do znaku minus we wzorze (4.6). Ten, zdawałoby się niepozorny, znak ma jednak bardzo duże znaczenie, o czym zaraz się przekonamy.

W celu wyjaśnienia reguły Lenza rozważmy wzbudzanie się prądu indukcyjnego w obwodzie kołowym przy ruchu magnesu, jak na il. 4.11. Zbliżanie magnesu do pętli biegunem $N$ powoduje powstanie pola pętli skierowanego biegunem $N$ w stronę magnesu (il. 4.11a). Jak wiadomo, jednoimienne bieguny się odpychają, zatem ruchowi magnesu przeciwstawia się pole magnetyczne wytworzone przez prąd wzbudzony w pętli. Jeżeli odwrócimy magnes i będziemy go zbliżać do pętli biegunem $S$, to popłynie w niej prąd w drugą stronę, wytwarzając pole magnetyczne skierowane biegunem $S$ w stronę magnesu (il. 4.11b). Podobnie jak poprzednio, ruchowi magnesu w kierunku pętli będzie się przeciwstawiać wywołane przez ten ruch pole magnetyczne pętli. Również oddalaniu się magnesu od pętli (przypadki c, i d) będzie się przeciwstawiać pole magnetyczne pętli pochodzące od wzbudzonego w niej prądu.

Z powyższych doświadczeń wynika jeden ogólny wniosek, który jest treścią reguły Lenza:

Doświadczenie pokazowe 2

Przekształcamy transformator tak, by jeden z elementów jego rdzenia był pionowy (il. 4.12), a następnie wkładamy na niego metalowy (np. aluminiowy) pierścień. Gwałtownym ruchem zamykamy obwód, stykając przewód z klemą akumulatora.

Obserwujemy wyskakiwanie pierścienia w górę. Mamy widowiskowe potwierdzenie reguły Lenza. W cewkach transformatorowych szybko narastający prąd wytwarza dużą zmianę strumienia pola magnetycznego przechodzącego przez pierścień, co powoduje powstanie prądu w pierścieniu o takim zwrocie, że jego własne pole magnetyczne powoduje silne odpychanie od cewki.

Powtarzając doświadczenie z innym pierścieniem, przeciętym (patrz il. 4.12), nie obserwujemy żadnego ruchu pierścienia. Dlaczego? Czyżby nie powstawała w nim siła elektromotoryczna indukcji? Oczywiście, ona powstaje, ale w przeciętym pierścieniu nie może wytworzyć prądu i tym samym wytworzyć własnego pola magnetycznego.

W drugiej części doświadczenia zasilamy transformator ze źródła napięcia zmiennego, obniżonego do około 24 V. Tym razem włożenie pierścienia na rdzeń skończy się jego „lewitacją” nad cewką. Prąd zmienny płynący przez uzwojenie powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego i nieustanne indukowanie się prądu w pierścieniu. W każdej chwili – zgodnie z regułą Lenza – pole magnetyczne pierścienia odpycha go od cewki, utrzymując go nad nią. Po odłączeniu transformatora od zasilania pierścień oczywiście opadnie na cewkę. Gdy ostrożnie zbliżymy do niego rękę (Uwaga, pierścienia nie należy dotykać – może on być bardzo gorący), to wyczujemy ciepło od niego bijące i przekonamy się, że rzeczywiście płynął w nim bardzo silny prąd. Podobny proces zachodzi w kuchence indukcyjnej, w której zmienne pole magnetyczne „płyty grzewczej” indukuje przepływ prądu w dnie garnka. Jeśli zaś powtórzymy doświadczenie z pierścieniem przeciętym, to nie zaobserwujemy „lewitacji”, a sam pierścień nie nagrzeje się wcale, mimo długiego przebywania w zmiennym polu magnetycznym.

Reguła Lenza jest konsekwencją zasady zachowania energii. Możemy się o tym przekonać, przyglądając się ponownie zjawisku indukcji przedstawionemu na il. 4.11. Prąd indukcyjny w pierścieniu powstaje dzięki pracy mechanicznej siły wbrew odpychającemu oddziaływaniu z magnesem pierścienia ze wzbudzonym prądem. Gdyby prąd indukował się w odwrotnym kierunku, niezgodnym z regułą Lenza (wtedy mielibyśmy znak + we wzorze (4.7)), to wystarczyłoby zbliżyć magnes do pierścienia, a wzbudzony w nim prąd sam by wciągał magnes. W ten sposób otrzymywalibyśmy pracę „za darmo”, bez wkładu energii, co oczywiście przeczyłoby zasadzie zachowania energii!

Tak więc, nie uwzględniając strat, praca mechaniczna siły zewnętrznej zostaje przekształcona na energię wydzielaną w trakcie przepływu prądu indukcyjnego. Właśnie na tej zasadzie jest oparte działanie prądnic (patrz rozdz. 6.1. Prądnica prądu przemiennego).

Pytania i problemy

1. W rozdziale 4.2. Prawo indukcji Faradaya przeprowadzono doświadczenie, w którym włączenie klucza $K$ w pierwszym obwodzie spowodowało przepływ prądu indukcyjnego w drugim obwodzie (il. 4.13). Określ kierunek przepływu prądu zaindukowanego w przypadku a) – włączanie klucza i b) wyłączenie. Przedstaw przy tym pełne rozumowanie.