Trzy wzajemnie podpierające się reguły fizyczne są związane ze zjawiskiem indukcji zmiennego prądu elektrycznego. Jedna z nich to reguła Lenza, druga to reguła prawej dłoni dla ustalenia kierunku prądu elektrycznego w przewodniku, a trzecia reguła prawej dłoni służy dla ustalenia kierunku indukcji magnetycznej.
Reguła Lenza (zwana też prawem Lenza lub regułą przekory) mówi o tym, że każdy proces indukcji wywołuje zmiany przeciwdziałające swej przyczynie. Na przykład, zmiana strumienia magnetycznego, w którym znajduje się obwód elektryczny, wywoła w tym obwodzie powstanie siły elektromotorycznej, a to spowoduje przepływ prądu elektrycznego i powstanie nowego strumienia magnetycznego, który będzie przeciwdziałał zachodzącym zmianom. Inaczej można powiedzieć, że gdy obracamy ramką w polu magnetycznym, to w ramce nieustannie indukuje się prąd elektryczny, w wyniku którego powstaje takie pole magnetyczne, że skutkuje to powstaniem oporu, który przeciwdziała obrotowemu ruchowi ramki.
Reguła prawej dłoni pomaga określić kierunek prądu indukowanego w przewodniku. Reguła mówi, że jeżeli wektor indukcji pola magnetycznego wchodzi w prawą dłoń, a kciuk pokazuje kierunek ruchu przewodnika, to wyciągnięte cztery palce wskazują kierunek prądu elektrycznego, jaki indukuje się w przewodniku.
Natomiast inna wersja reguły prawej dłoni pozwala określić kierunek wektora indukcji pola magnetycznego, które powstaje w wyniku przepływu elektrycznego prądu w ramce. Ta wesja reguły prawej dłoni mówi, że jeżeli prawą dłonią będziemy obejmowali ramkę, tak jak obejmuje się zwojnicę, przy czym cztery palce będą pokazywały kierunek prądu w ramce, to kciuk będzie pokazywał kierunek wektora indukcji pola magnetycznego.
Stosując te trzy wymienione reguły możemy dla każdego położenia ramki bez trudu określić kierunek prądu w ramce oraz kierunek wektora B linii pola magnetycznego, które są związane z ramką jako obracającym się elektromagnesem. A więc, na przykład, w takim położeniu ramki, jak na obu powyższych rysunkach, oraz przy takim kierunku obrotów ramki, w ramce (jako elektromagnesie) z prawej strony będzie znajdował się biegun N, a z lewej biegun S. Przy takim kierunku ruchu ramki istnieje oddziaływanie między ramką (w roli magnesu) i między polem magnetycznym (pod wpływem którego indukuje się prąd w ramce), które jest przyczyną powstania momentu obrotowego, działającego hamująco na ruch ramki. Tak dzieje się w każdej fazie obrotowego ruchu ramki, przy każdym kącie jej obrotu względem pola magnesu.
Podczas obrotowego ruchu ramki jest tylko jedno "wyjątkowe" położenie ramki - występuje ono wówczas, gdy płaszczyzna ramki jest przez moment położona poziomo. W tym momencie następuje zmiana położenia biegunów ramki jako elektromagnesu. Na przykład, od strony bieguna N stojana, kilka stopni przed osiągnięciem tego "wyjątkowego", poziomego położenia ramki, nad ramką (jako magnesem) będzie znajdował się jej biegun magnetyczny N i ta właściwość magnetyczna ramki będzie coraz mniejsza, aż zmniejszy się do stanu zerowego. Kilka stopni po tym, jak zostanie osiągnięte poziome położenie ramki, u góry na nią będzie już istniał biegun magnetyczny S, a w ramce, przy nowym położeniu jej biegunów magnetycznych, będzie płynął coraz większy prąd i coraz bardziej będzie rosło natężenie jej pola magnetycznego.
Analiza elektryczno-magnetycznych przemian, jakie zachodzą w ramce pokazuje, że stale istnieje opór, który musi być pokonywany w trakcie obracania wirnikiem. Przykładowy opis za pomocą pojęć, związanych z polem magnetycznym, wygląda jak powyżej. Ale pojęcie pola magnetycznego spełnia w tym w opisie pomocniczą rolę. Bo tak naprawdę, jeśli analizować zjawiska fizyczne, jakie zachodzą na poziomie fundamentalnych składników materii, to energia, jaką należy wkładać w obracanie wirnikiem, jest zużytkowana na pokonywanie oporów tarcia w łożyskach oraz na przyśpieszanie elektronów, których ruch wyraża się na zewnątrz w postaci zjawiska siły elektromotorycznej i w postaci przepływu prądu elektrycznego w ramce.
Bogdan Szenkaryk "Pinopa"
Polska, Legnica, 2012.06.02.
