الكهرومغناطيسية

فيض مغناطيسي متغير (ΔB)

اضغط تشغيل — يتذبذب B، ويتتبع Φ(t) وEMF(t) على الرسم البياني.

فيض مغناطيسي متغير (ΔB) — محاكاة الكهرومغناطيسية تفاعلية. اضغط تشغيل — يتذبذب B، ويتتبع Φ(t) وEMF(t) على الرسم البياني. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.

قانون فارادي

اضغط تشغيل — يتذبذب B، ويتتبع Φ(t) وEMF(t) على الرسم.

قانون فارادي: EMF = −dΦ/dt عندما يتغير التدفق المغناطيسي Φ = BA عبر حلقة. هنا يهتز B بينما تبقى المساحة A ثابتة، لذا يتبع Φ(t) قيمة B(t). اضغط تشغيل — يرسم الرسم البياني Φ والقوة الدافعة الكهربية المستحثة؛ تبلغ EMF ذروتها عندما تكون |dB/dt| أكبر، لا عندما يكون B نفسه أقصى.

• 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 تتذبذب شدته مع الزمن (مساحة الحلقة ثابتة). هل تنشأ قوة دافعة كهربائية في الحلقة رغم أن الحلقة نفسها لا تتحرك؟

توقعات للموازنة

• لا — القوة الدافعة تشترط حركة فيزيائية للحلقة أو مصدر المجال.
• نعم — قانون فارادي يقول إن فيضًا متغيرًا يحث قوة دافعة، حتى في حلقة ساكنة، ما دام المجال نفسه يتغير.
• لا تظهر القوة الدافعة إلا إذا كانت الحلقة تتحرك عبر المجال.

أدوار المتغيرات

ما تضبطه:

• الزمن t (s)

ما تقيسه:

• القوة الدافعة المستحثة (mV)

كيف يجري التحقيق

1. افتح مسبق تغير التدفق بـ B واضغط إعادة الضبط. مساحة الحلقة ثابتة عند 0.02 m²؛ يهتز المجال وفق B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4Hz × t)).
2. فعّل قراءة القوة الدافعة المستحثة.
3. اقرأ القوة الدافعة المستحثة عند كل زمن مدرج.

المعادلة الحاكمة

قانون فارادي (مجال متغير) — Φ = B·A

التدفق المغناطيسي عبر حلقة هو Φ = BA. عندما يتغير B مع الزمن (وA ثابتة)، يعطي قانون فارادي قوة دافعة مستحثة EMF = −dΦ/dt = −A·dB/dt — تتناسب مع مساحة الحلقة ومعدل تغير المجال.

ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة

• لمحاولة واحدة، احسب EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) باستخدام A = 0.02 m² و B₀ = 0.6 T و ω = 2π×0.4 rad/s. قارن بالجدول.
• اشرح لماذا تتناسب القوة الدافعة المستحثة مع سرعة تغيّر المجال (dB/dt) لا مع قيمة المجال اللحظية — يمكن أن تكون القوة الدافعة كبيرة حتى حين يكون B قرب متوسطه، إذا كان B يتغير بسرعة هناك.

أين يظهر هذا خارج المختبر

• هذا هو المبدأ الأساس خلف مولد التيار المتناوب: بدلًا من تغيير B مباشرة، يدير المولد حلقة عبر مجال ثابت، فيغير الفيض بالفعالية نفسها. اشرح لماذا يميل تصميم المولدات إلى تدوير الملف لا تذبذب المغناطيس.
• الإشارة السالبة في EMF = −dΦ/dt (قانون لنز) تعني أن التيار المستحث يعارض التغير الذي سببه. اشرح ما يعنيه «معارضة التغير» فيزيائيًا لحلقة في مجال متزايد مقابل مجال متناقص.

• 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 فيض B المتغير
2. حدد الحلقة
3. اضغط تشغيل
4. قوة دافعة من B متغير
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