الكهرومغناطيسية
Faraday–Lenz (ΔB + ΔA)
يتغير كلٌّ من B والمساحة — قارن منحنيي Φ والقوة الدافعة.
Faraday–Lenz (ΔB + ΔA) — محاكاة الكهرومغناطيسية تفاعلية. يتغير كلٌّ من B والمساحة — قارن منحنيي Φ والقوة الدافعة. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
قانون فارادي–لينز
B والمساحة كلاهما يتغير — قارن منحنيي Φ والقوة الدافعة.
عندما يتغير كل من B ومساحة الحلقة، يتغير Φ = BA من مساهمتين. قانون لنز: القوة الدافعة الكهربية المستحثة (والتيار) تعارض تغير التدفق الذي سبّبها. اضغط تشغيل وقارن Φ(t) مع EMF(t) — لاحظ انقلاب إشارة EMF لمواجهة التدفق المتزايد مقابل المتناقص.
- القوة الدافعة الكهربية تعارض ΔΦ
- 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
مساحة حلقة والمجال المغناطيسي عبرها يتذبذبان معًا. هل ما زلت تستطيع إيجاد القوة الدافعة المستحثة بجمع الأثرين منفصلين (تغير B وحده، وتغير A وحده) ببساطة؟
توقعات للموازنة
- لا — تحتاج قاعدة الضرب الكاملة d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt، وهي أكثر من مجرد جمع القوتين الدافعتين المنفصلتين.
- نعم — يمكنك ببساطة جمع صيغتي القوة الدافعة لتغير المجال ولتغير المساحة.
- تضرب صيغتي القوة الدافعة إحداهما في الأخرى.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الزمن t (s)
ما تقيسه:
- القوة الدافعة المستحثة (mV)
كيف يجري التحقيق
- افتح مسبق فارادي-لنز واضغط إعادة الضبط. يهتز كل من B(t) وA(t): B₀ = 0.45 T و A₀ = 0.018 m² عند 0.5 Hz.
- فعّل قراءة القوة الدافعة المستحثة.
- اقرأ القوة الدافعة المستحثة عند كل زمن مدرج.
المعادلة الحاكمة
قانون فارادي (قاعدة الجداء) — Φ = B·A
عندما يتغير كل من B وA مع الزمن، يتطلب قانون فارادي قاعدة الضرب الكاملة: EMF = −d(BA)/dt = −(A·dB/dt + B·dA/dt). يلتقط كل حد مساهمة أحد العاملين بينما يُمسك الآخر عند قيمته اللحظية.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب B(t) = B₀(1 + 0.5sin(ωt)) و A(t) = A₀(1 + 0.35cos(ωt)) و B'(t) = B₀·0.5ω·cos(ωt) و A'(t) = −A₀·0.35ω·sin(ωt)، ثم EMF = −(A·B' + B·A') باستخدام B₀ = 0.45 T و A₀ = 0.018 m² و ω = 2π×0.5 rad/s. قارن بالجدول.
- اشرح لماذا قاعدة الضرب d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt هي الأداة الصحيحة تمامًا هنا — التدفق حاصل ضرب B وA، وقاعدة الضرب في التفاضل (لا الجمع البسيط) تخبرك كيف يعتمد معدل تغير حاصل الضرب على تغير العاملين معًا.
أين يظهر هذا خارج المختبر
- قارن قيم القوة الدافعة هنا بقيمتي تجربتي التغير عند أزمنة مماثلة. اشرح لماذا لا يمكنك التنبؤ بهذه النتيجة المجمعة بجمع قيمتي القوة الدافعة للتجربتين الأخريين عند الزمن نفسه، رغم أن الثلاث تستخدم قاعدة الجداء تحت السطح.
- فيض المحول المتغير يأتي من تيار متغير في ملف (يغير B)، لا من أي أجزاء متحركة (A ثابتة هناك). اشرح لماذا سيناريو التغير المجمع في تجربة فارادي-لينز أعَمّ مما يحتاجه محرك ساكن فعلًا.
- 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
- أيمكنك جمعهما فحسب؟
- اعزل المجال
- سجّل الفيض
- افتح البيانات
- فسّر دليلك
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.