Faradays lov: EMF fra et ændrende felt

1 · Forudsig

En ledningssløjfe står i et magnetfelt, hvis styrke svinger med tiden (sløjfens areal forbliver fast). Opstår der en EMF i sløjfen, selvom sløjfen selv ikke bevæger sig?

• Nej — EMF kræver fysisk bevægelse af sløjfen eller feltkilden.
• Ja — Faradays lov siger, at en ændrende flux inducerer en EMF, selv i en stationær sløjfe, så længe selve feltet ændrer sig.
• EMF opstår kun, hvis sløjfen bevæger sig gennem feltet.

2 · Opsætning

1. Åbn forudstillingen changing-flux-b, og tryk på Nulstil. Sløjfens areal er fast på 0.02 m²; feltet svinger som B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4Hz × t)).
2. Slå aflæsningen af induceret EMF til.
3. Aflæs den inducerede EMF ved hvert anført tidspunkt.

3 · Saml data

Afbild induceret EMF (y-aksen) mod tid t (x-aksen) for dine tre aflæsninger, og skitsér, hvordan den svinger over én hel periode (2.5 s).

4 · Analysér

1. Beregn for ét forsøg EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) med A = 0.02 m², B₀ = 0.6 T, ω = 2π×0.4 rad/s. Sammenlign med tabellen.
2. Forklar, hvorfor den inducerede EMF er proportional med, hvor HURTIGT feltet ændrer sig (dB/dt), ikke med feltets øjeblikkelige værdi — EMF'en kan være stor, selv når B selv er nær sin middelværdi, hvis B ændrer sig hurtigt dér.

5 · Udvid

1. Dette er grundprincippet bag en vekselstrømsgenerator: i stedet for at ændre B direkte roterer en generator en sløjfe gennem et fast felt, hvilket ændrer fluxen lige så effektivt. Forklar, hvorfor generatordesign sædvanligvis roterer spolen i stedet for at svinge magneten.
2. Fortegnet i EMF = −dΦ/dt (Lenz' lov) betyder, at den inducerede strøm modarbejder den ændring, der forårsagede den. Forklar, hvad 'at modarbejde ændringen' fysisk betyder for en sløjfe i et voksende felt versus et aftagende felt.

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark