قانون فارادي: قوة دافعة من مجال متغير

1 · توقّع

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؟

• 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.

2 · التجهيز

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.

3 · اجمع البيانات

ارسم القوة الدافعة المستحثة (المحور y) مقابل الزمن t (المحور x) لقراءاتك الثلاث، وارسم تخطيطًا لتذبذبها عبر دورة كاملة (2.5 s).

4 · حلّل

1. 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.
2. 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.

5 · وسّع

1. 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.
2. 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.

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة