Ηλεκτρομαγνητισμός

Μεταβαλλόμενο μαγνητικής ροής (ΔB)

Πάτησε Αναπαραγωγή — το B ταλαντώνεται, τα Φ(t) και EMF(t) χαράσσονται στο γράφημα.

Μεταβαλλόμενο μαγνητικής ροής (ΔB) — διαδραστική προσομοίωση Ηλεκτρομαγνητισμός. Πάτησε Αναπαραγωγή — το B ταλαντώνεται, τα Φ(t) και EMF(t) χαράσσονται στο γράφημα. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Νόμος του Faraday

Πάτησε Αναπαραγωγή — το B ταλαντώνεται, το Φ(t) και το EMF(t) χαράσσονται στο γράφημα.

Νόμος Faraday: EMF = −dΦ/dt όταν η μαγνητική ροή Φ = BA μέσα από βρόχο αλλάζει. Εδώ το B ταλαντώνεται ενώ το εμβαδόν A μένει σταθερό, ώστε το Φ(t) ακολουθεί το B(t). Πάτησε Αναπαραγωγή — το γράφημα χαράσσει Φ και επαγόμενη EMF· η EMF κορυφώνεται όταν |dB/dt| είναι μέγιστο, όχι όταν το ίδιο το B είναι μέγιστο.

• EMF = −dΦ/dt
• Φ = BA

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Βρόχος σύρματος κάθεται σε μαγνητικό πεδίο του οποίου η ένταση ταλαντώνεται στον χρόνο (το εμβαδόν του βρόχου μένει σταθερό). Εμφανίζεται EMF στον βρόχο παρότι ο ίδιος ο βρόχος δεν κινείται;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Όχι — η EMF απαιτεί φυσική κίνηση του βρόχου ή της πηγής πεδίου.
• Ναι — ο νόμος Faraday λέει ότι μεταβαλλόμενη ροή επάγει EMF, ακόμη σε ακίνητο βρόχο, εφόσον το ίδιο το πεδίο αλλάζει.
• Η EMF εμφανίζεται μόνο αν ο βρόχος κινείται μέσα από το πεδίο.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Χρόνος t (s)

Τι μετράς:

• Επαγόμενη EMF (mV)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή changing-flux-b και πάτησε Επαναφορά. Το εμβαδόν του βρόχου είναι σταθερό στα 0.02 m²· το πεδίο ταλαντώνεται ως B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4Hz × t)).
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη επαγόμενης EMF.
3. Διάβασε την επαγόμενη EMF σε κάθε αναφερόμενο χρόνο.

Κυρίαρχη εξίσωση

Νόμος Faraday (μεταβαλλόμενο πεδίο) — Φ = B·A

Μαγνητική ροή μέσα από βρόχο είναι Φ = BA. Όταν το B αλλάζει στον χρόνο (A σταθερό), ο νόμος Faraday δίνει επαγόμενη EMF = −dΦ/dt = −A·dB/dt — ανάλογη του εμβαδού του βρόχου και του ρυθμού μεταβολής του πεδίου.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) χρησιμοποιώντας A = 0.02 m², B₀ = 0.6 T, ω = 2π×0.4 rad/s. Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Εξήγησε γιατί η επαγόμενη EMF είναι ανάλογη του πόσο ΓΡΗΓΟΡΑ αλλάζει το πεδίο (dB/dt), όχι της στιγμιαίας τιμής του πεδίου — η EMF μπορεί να είναι μεγάλη ακόμη και όταν το ίδιο το B είναι κοντά στη μέση τιμή του, αν το B αλλάζει γρήγορα εκεί.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Αυτή είναι η βασική αρχή πίσω από εναλλασσόμενης έντασης γεννήτρια: αντί να αλλάζει το B ευθέως, μια γεννήτρια περιστρέφει βρόχο μέσα από σταθερό πεδίο, που αλλάζει τη ροή εξίσου αποτελεσματικά. Εξήγησε γιατί ο σχεδιασμός γεννητριών συνήθως περιστρέφει το πηνίο αντί να ταλαντώνει τον μαγνήτη.
• Το αρνητικό πρόσημο στο EMF = −dΦ/dt (νόμος Lenz) σημαίνει ότι το επαγόμενο ρεύμα αντιτίθεται στη μεταβολή που το προκάλεσε. Εξήγησε τι σημαίνει φυσικά «αντίθεση στη μεταβολή» για βρόχο σε αυξανόμενο πεδίο έναντι μειούμενου πεδίου.

• 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. Καλώς όρισες στη Μεταβαλλόμενη ροή B
2. Επίλεξε τον βρόχο
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. EMF από μεταβαλλόμενο B
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Νόμος επαγωγής Faraday