الكهرومغناطيسية

مساحة حلقة متغيرة (ΔA)

اضغط تشغيل — مساحة الحلقة تتبدل؛ القوة الدافعة الكهربائية تتبع −dΦ/dt.

مساحة حلقة متغيرة (ΔA) — محاكاة الكهرومغناطيسية تفاعلية. اضغط تشغيل — مساحة الحلقة تتبدل؛ القوة الدافعة الكهربائية تتبع −dΦ/dt. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.

فيض من تغير المساحة

اضغط تشغيل — مساحة الحلقة تتنفس؛ القوة الدافعة تتبع −dΦ/dt.

مع بقاء B منتظمًا ثابتًا، تغيير مساحة الحلقة A يعدّل التدفق Φ = BA. اضغط تشغيل — تتنفس الحلقة وتظهر EMF = −dΦ/dt كلما تغيرت المساحة. قارن هذه الحالة (dA/dt) بمسبق تغير B (dB/dt) لترى القانون نفسه من سببين.

• EMF = −dΦ/dt
• Φ = BA

موجز التحقيق

خطط للسؤال قبل فتح المختبر

تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.

السؤال القائد

حلقة سلك في مجال مغناطيسي ثابت، لكن مساحة الحلقة نفسها تتذبذب (تخيلها تتمدد وتنكمش). هل يحث ذلك أيضًا قوة دافعة كهربائية، كتغير شدة المجال؟

توقعات للموازنة

• نعم — لا يهتم قانون فارادي إلا بتغير التدفق الكلي Φ = BA، سواء كان المتغير هو B أم A.
• لا — تغير شدة المجال وحده يحث قوة دافعة، لا تغير المساحة.
• تغير المساحة يحث قوة دافعة، لكن بآلية مختلفة تمامًا عن تغير المجال.

أدوار المتغيرات

ما تضبطه:

• الزمن t (s)

ما تقيسه:

• القوة الدافعة المستحثة (mV)

كيف يجري التحقيق

1. افتح مسبق تغير التدفق بالمساحة واضغط إعادة الضبط. المجال ثابت عند 0.5 T؛ تتراوح مساحة الحلقة وفق A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)).
2. فعّل قراءة القوة الدافعة المستحثة.
3. اقرأ القوة الدافعة المستحثة عند كل زمن مدرج.

المعادلة الحاكمة

قانون فارادي (مساحة متغيرة) — Φ = B·A

التدفق المغناطيسي عبر حلقة هو Φ = BA. عندما تتغير A مع الزمن (وB ثابتة)، يظل قانون فارادي ساريًا: EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt — القانون نفسه، مع تبديل دوري B وA.

ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة

• لمحاولة واحدة، احسب EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) باستخدام B₀ = 0.5 T و A₀ = 0.025 m² و ω = 2π×0.35 rad/s. قارن بالجدول.
• قارن بنية هذه الصيغة بصيغة تجربة تغير المجال. اشرح لماذا تعطي كلتاهما قوة دافعة تتناسب مع جداء الكمية الثابتة (هنا B، وهناك A) في معدل تغير الكمية المتغيرة.

أين يظهر هذا خارج المختبر

• مولد «القضيب المنزلق» الكلاسيكي يغير المساحة المحصورة للدائرة بتحريك أحد جوانبها فيزيائيًا، محرضًا EMF = BLv (المجال × طول القضيب × سرعة الانزلاق) — نسخة ميكانيكية من هذا التأثير بتغير المساحة بالضبط. اشرح لماذا انزلاق القضيب أسرع يزيد القوة الدافعة المستحثة.
• بعض الميكروفونات تعمل باهتزاز مغناطيس قرب مجال ثابت (أو تغير مساحة ملف الفعالة نسبة إليه)، محولة اهتزازات الصوت إلى فيض متغير ومن ثم إلى إشارة جهد. لماذا ينتج صوت أعلى (سعة اهتزاز أكبر) إشارة قوة دافعة أكبر؟

• AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 13: Electromagnetic Induction
• IB Physics — D.4 Induction
• General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. أهلًا بك في مساحة الفيض المتغيرة
2. حدد الحلقة
3. اضغط تشغيل
4. قوة دافعة من مساحة متغيرة
5. افتح لوحة الخصائص
6. أحسنت!

افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.

افتح المختبر التفاعلي ←

نزّل ورقة العمل ←

قانون فارادي للحث