Νόμος Faraday: EMF από μεταβαλλόμενο πεδίο

1 · Πρόβλεψε

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;

• 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.

2 · Διάταξη

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.

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 (2.5 s).

4 · Ανάλυση

1. 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.
2. 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.

5 · Επέκταση

1. 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.
2. 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.

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής