Νόμος Faraday: EMF από μεταβαλλόμενο εμβαδόν

1 · Πρόβλεψε

Βρόχος σύρματος κάθεται σε σταθερό μαγνητικό πεδίο, αλλά το ίδιο το εμβαδόν του βρόχου ταλαντώνεται (φαντάσου το να τεντώνεται και να συρρικνώνεται). Επάγει και αυτό EMF, με τον ίδιο τρόπο που επάγει μεταβαλλόμενη ένταση πεδίου;

• Ναι — ο νόμος Faraday νοιάζεται μόνο για τη συνολική ροή Φ = BA που αλλάζει, ανεξαρτήτως αν το B ή το A είναι αυτό που μεταβάλλεται.
• Όχι — μόνο μεταβαλλόμενη ένταση πεδίου επάγει EMF, όχι μεταβαλλόμενο εμβαδόν.
• Μεταβαλλόμενο εμβαδόν επάγει EMF, αλλά μέσω εντελώς διαφορετικού μηχανισμού από μεταβαλλόμενο πεδίο.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή changing-flux-area και πάτησε Επαναφορά. Το πεδίο είναι σταθερό στα 0.5 T· το εμβαδόν του βρόχου ταλαντώνεται ως A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)).
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη επαγόμενης EMF.
3. Διάβασε την επαγόμενη EMF σε κάθε αναφερόμενο χρόνο.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε την επαγόμενη EMF (άξονας y) έναντι του χρόνου t (άξονας x) για τις τρεις αναγνώσεις σου, και σκίτσαρε πώς ταλαντώνεται σε μία πλήρη περίοδο (≈2.86 s).

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) χρησιμοποιώντας B₀ = 0.5 T, A₀ = 0.025 m², ω = 2π×0.35 rad/s. Σύγκρινε με τον πίνακα.
2. Σύγκρινε τη δομή αυτού του τύπου με του πειράματος changing-flux-b. Εξήγησε γιατί και οι δύο δίνουν EMF ανάλογη του γινομένου του ΣΤΑΘΕΡΟΥ μεγέθους (B εδώ, A εκεί) και του ρυθμού μεταβολής του ΜΕΤΑΒΑΛΛΟΜΕΝΟΥ μεγέθους.

5 · Επέκταση

1. Κλασική γεννήτρια «ολισθητή ράβδου» αλλάζει το κλεισμένο εμβαδόν κυκλώματος μετακινώντας φυσικά τη μία πλευρά, επάγοντας EMF = BLv (πεδίο × μήκος ράβδου × ταχύτητα ολίσθησης) — μηχανική έκδοση ακριβώς αυτού του φαινομένου μεταβαλλόμενου εμβαδού. Εξήγησε γιατί η ολίσθηση της ράβδου ταχύτερα αυξάνει την επαγόμενη EMF.
2. Κάποια μικρόφωνα λειτουργούν έχοντας μαγνήτη να ταλαντώνεται κοντά σε (ή το αποτελεσματικό εμβαδόν πηνίου να αλλάζει σε σχέση με) σταθερό πεδίο, μετατρέποντας δονήσεις ήχου σε μεταβαλλόμενη ροή και άρα σήμα τάσης. Γιατί πιο δυνατός ήχος (μεγαλύτερο πλάτος δόνησης) παράγει μεγαλύτερο σήμα EMF;

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής