الکترومغناطیس
تغییر مساحت حلقه (ΔA)
Play بفشارید — مساحت حلقه نفس میکشد؛ نیروی محرکه از −dΦ/dt پیروی میکند.
تغییر مساحت حلقه (ΔA) — شبیهسازی تعاملی الکترومغناطیس. Play بفشارید — مساحت حلقه نفس میکشد؛ نیروی محرکه از −dΦ/dt پیروی میکند. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
شار از تغییر مساحت
Play بفشارید — مساحت حلقه نفس میکشد؛ نیروی محرکه از −dΦ/dt پیروی میکند.
با B یکنواخت ثابت، تغییر سطح حلقه A شار Φ = BA را مدوله میکند. Play را بفشارید — حلقه نفس میکشد و هر وقت سطح تغییر میکند EMF = −dΦ/dt پدیدار میشود. این حالت (dA/dt) را با پیشتنظیم تغییر-B (dB/dt) مقایسه کنید تا همان قانون از دو علت دیده شود.
- EMF = −dΦ/dt
- Φ = BA
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
حلقهای از سیم در میدان مغناطیسی ثابت نشسته، اما مساحت خود حلقه نوسان میکند (تخمینش بکشید که کش میآید و جمع میشود). آیا این هم مثل تغییر شدت میدان، نیروی محرکه القا میکند؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- بله — قانون فارادی فقط به تغییر کل شار Φ = BA اهمیت میدهد، فارغ از اینکه B یا A آنچه در حال تغییر است.
- نه — فقط تغییر شدت میدان نیروی محرکه القا میکند، نه تغییر مساحت.
- مساحت متغیر نیروی محرکه القا میکند، اما از سازوکاری کاملاً متفاوت با میدان متغیر.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- زمان t (s)
آنچه اندازه میگیرید:
- نیروی محرکهٔ القایی (mV)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیمی changing-flux-area را باز کنید و Reset را بفشارید. میدان روی 0.5 T ثابت است؛ سطح حلقه بهصورت A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)) نوسان میکند.
- قرائت نیروی محرکهٔ القاشده را فعال کنید.
- نیروی محرکهٔ القاشده را در هر زمان فهرستشده بخوانید.
معادلهٔ حاکم
قانون فارادی (مساحت متغیر) — Φ = B·A
شار مغناطیسی گذرنده از حلقه برابر Φ = BA است. وقتی A در زمان تغییر میکند (B ثابت)، قانون فارادی همچنان برقرار است: EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt — همان قانون، فقط با جابهجایی نقش B و A.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) را با B₀ = 0.5 T و A₀ = 0.025 m² و ω = 2π×0.35 rad/s حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- ساختار این فرمول را با آزمایش تغییرشار-B مقایسه کنید. توضیح دهید چرا هر دو، نیروی محرکهای متناسب با حاصلضرب کمیتِ «ثابت» (اینجا B، آنجا A) و نرخ تغییر کمیتِ «متغیر» میدهند.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- ژنراتور کلاسیک «میلهٔ لغزان» با جابهجا کردن فیزیکی یک ضلع، سطح محصور مدار را تغییر میدهد و EMF = BLv القا میکند (میدان × طول میله × تندی لغزش) — نسخهٔ مکانیکی دقیقاً همین اثر تغییر سطح. توضیح دهید چرا لغزاندن تندتر میله، نیروی محرکهٔ القایی را زیاد میکند.
- بعضی میکروفونها با لرزانیدن آهنربایی نزدیک میدان ثابت (یا تغییر مساحت مؤثر پیچه نسبت به آن) کار میکنند و ارتعاش صدا را به شار متغیر و سپس سیگنال ولتاژی بدل میکنند. چرا صدای بلندتر (دامنهٔ لرزش بزرگتر) سیگنال نیروی محرکهٔ بزرگتری میدهد؟
- 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
- به تغییر شار مساحت خوش آمدید
- انتخاب حلقه
- Play را بفشارید
- نیروی محرکه از تغییر مساحت
- پنل ویژگیها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.