الکترومغناطیس
Faraday–Lenz (ΔB + ΔA)
هر دو B و مساحت تغییر میکنند — منحنیهای Φ و EMF را مقایسه کنید.
Faraday–Lenz (ΔB + ΔA) — شبیهسازی تعاملی الکترومغناطیس. هر دو B و مساحت تغییر میکنند — منحنیهای Φ و EMF را مقایسه کنید. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
قانون فارادی–لنز
هر دو B و مساحت تغییر میکنند — منحنیهای Φ و EMF را مقایسه کنید.
وقتی هر دو B و سطح حلقه تغییر میکنند، Φ = BA از دو سهم تغییر میکند. قانون لنز: EMF القایی (و جریان) با تغییر شاری که آن را ساخته مخالفت میکند. Play را بفشارید و Φ(t) را با EMF(t) مقایسه کنید — توجه کنید علامت EMF برای مخالفت با افزایش در برابر کاهش شار برمیگردد.
- نیروی محرکه با ΔΦ مخالفت میکند
- 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
مساحت حلقه «و» میدان مغناطیسی گذرنده از آن، هر دو همزمان نوسان میکنند. آیا همچنان میتوانید نیروی محرکهٔ القاشده را با سادهجمع دو اثر جدا (تغییر B تنها، تغییر A تنها) به دست آورید؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- نه — به قاعدهٔ کامل ضرب یعنی d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt نیاز دارید که بیش از صرفاً جمع کردن دو نیروی محرکهٔ جداست.
- بله — کافی است فرمولهای نیروی محرکهٔ تغییرشار-B و تغییرشار-A را با هم جمع کنید.
- دو فرمول نیروی محرکهٔ جدا را در هم ضرب میکنید.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- زمان t (s)
آنچه اندازه میگیرید:
- نیروی محرکهٔ القایی (mV)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیمی faraday-lenz را باز کنید و Reset را بفشارید. هر دوی B(t) و A(t) نوسان میکنند: B₀ = 0.45 T و A₀ = 0.018 m²، در 0.5 Hz.
- قرائت نیروی محرکهٔ القاشده را فعال کنید.
- نیروی محرکهٔ القاشده را در هر زمان فهرستشده بخوانید.
معادلهٔ حاکم
قانون فارادی (قضیهٔ حاصلضرب) — Φ = B·A
وقتی هم B و هم A با زمان تغییر میکنند، قانون فارادی قاعدهٔ کامل ضرب را میطلبد: EMF = −d(BA)/dt = −(A·dB/dt + B·dA/dt). هر جمله سهم یک عامل را در حالی ثبت میکند که دیگری در مقدار لحظهای خود نگه داشته شده است.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، B(t) = B₀(1 + 0.5sin(ωt)) و A(t) = A₀(1 + 0.35cos(ωt)) و B'(t) = B₀·0.5ω·cos(ωt) و A'(t) = −A₀·0.35ω·sin(ωt) را حساب کنید، سپس EMF = −(A·B' + B·A') را با B₀ = 0.45 T و A₀ = 0.018 m² و ω = 2π×0.5 rad/s. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا قاعدهٔ ضرب d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt دقیقاً ابزار درست اینجاست — شار یک ضربدقیقی از B و A است و قاعدهٔ ضرب در حسابان (نه جمع ساده) میگوید نرخ تغییر یک ضربدقیق چگونه به تغییر همزمان هر دو عامل بستگی دارد.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- مقدارهای نیروی محرکهٔ این آزمایش را با آزمایشهای تغییرشار-B و تغییرشار-A در زمانهای مشابه مقایسه کنید. توضیح دهید چرا نمیتوانید این نتیجهٔ ترکیبی را با جمع مقدارهای نیروی محرکهٔ آن دو آزمایش در همان زمان پیشبینی کنید، با آنکه هر سه در زیربنای خود از قضیهٔ حاصلضرب استفاده میکنند.
- شار متغیر ترانسفورماتور از جریان متغیر در پیچهای میآید (که B را تغییر میدهد)، نه از هیچ جزء متحرکی (A آنجا ثابت است). توضیح دهید چرا سناریوی تغییر ترکیبیِ آزمایش فارادی-لنز عمومیتر از آن چیزی است که ترانسفورماتور ساکن واقعاً لازم 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
- میتوان ساده جمعشان کرد؟
- ایزولهکردن میدان
- ثبت شار
- بازکردن دادهها
- توضیح شواهدتان
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.