الکترومغناطیس
تغییر شار مغناطیسی (ΔB)
Play بفشارید — B نوسان میکند، Φ(t) و EMF(t) روی نمودار رسم میشوند.
تغییر شار مغناطیسی (ΔB) — شبیهسازی تعاملی الکترومغناطیس. Play بفشارید — B نوسان میکند، Φ(t) و EMF(t) روی نمودار رسم میشوند. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
قانون فارادی
Play بفشارید — B نوسان میکند، Φ(t) و EMF(t) روی نمودار رسم میشوند.
قانون فارادی: EMF = −dΦ/dt وقتی شار مغناطیسی Φ = BA از میان حلقه تغییر میکند. اینجا B نوسان میکند در حالی که سطح A ثابت میماند، پس Φ(t) از B(t) پیروی میکند. Play را بفشارید — نمودار Φ و EMF القایی را رسم میکند؛ EMF وقتی |dB/dt| بیشینه است اوج میگیرد، نه وقتی خود B بیشینه است.
- 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 نشسته که شدتش در زمان نوسان میکند (مساحت حلقه ثابت میماند). آیا با آنکه خود حلقه حرکت نمیکند، نیروی محرکهای در حلقه پدید میآید؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- نه — نیروی محرکه حرکت فیزیکی حلقه یا منبع میدان میخواهد.
- بله — قانون فارادی میگوید شار متغیر، حتی در حلقهٔ ساکن، نیروی محرکه القا میکند، به شرط آنکه خود میدان تغییر کند.
- نیروی محرکه فقط وقتی پدید میآید که حلقه در میدان حرکت کند.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- زمان t (s)
آنچه اندازه میگیرید:
- نیروی محرکهٔ القایی (mV)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیمی changing-flux-b را باز کنید و Reset را بفشارید. سطح حلقه روی 0.02 m² ثابت است؛ میدان بهصورت B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4Hz × t)) نوسان میکند.
- قرائت نیروی محرکهٔ القاشده را فعال کنید.
- نیروی محرکهٔ القاشده را در هر زمان فهرستشده بخوانید.
معادلهٔ حاکم
قانون فارادی (میدان متغیر) — Φ = B·A
شار مغناطیسی گذرنده از حلقه برابر Φ = BA است. وقتی B در زمان تغییر میکند (A ثابت)، قانون فارادی نیروی محرکهٔ القایی EMF = −dΦ/dt = −A·dB/dt میدهد — متناسب با سطح حلقه و نرخ تغییر میدان.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) را با A = 0.02 m² و B₀ = 0.6 T و ω = 2π×0.4 rad/s حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا نیروی محرکهٔ القاشده به «چقدر تند» میدان تغییر میکند (dB/dt) متناسب است، نه به مقدار لحظهای میدان — اگر B آنجا تند تغییر کند، نیروی محرکه میتواند بزرگ باشد حتی وقتی خود B نزدیک مقدار میانگینش است.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- این اصل پایهٔ ژنراتور AC است: بهجای تغییر مستقیم B، ژنراتور حلقهای را در میدان ثابت میچرخاند که همانقدر مؤثر شار را تغییر میدهد. توضیح دهید چرا طراحی ژنراتور معمولاً پیچه را میچرخاند نه آهنربا را نوسان میدهد.
- علامت منفی در EMF = −dΦ/dt (قانون لنز) یعنی جریان القایی با تغییری که آن را پدید آورده مخالفت میکند. توضیح دهید «مخالفت با تغییر» برای حلقهای در میدانِ در حال افزایش و میدانِ در حال کاهش، از نظر فیزیکی چه معنایی دارد.
- 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 B خوش آمدید
- انتخاب حلقه
- Play را بفشارید
- نیروی محرکه از تغییر B
- 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.