Sähkömagnetismi
Silmukan pinta-alan muutos (ΔA)
Paina Toista – silmukan pinta-ala hengittää; EMF seuraa kaavaa −dΦ/dt.
Silmukan pinta-alan muutos (ΔA) – interaktiivinen Sähkömagnetismi-simulaatio. Paina Toista – silmukan pinta-ala hengittää; EMF seuraa kaavaa −dΦ/dt. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Vuo pinta-alan muutoksesta
Paina Toista – silmukan pinta-ala hengittää; EMF seuraa kaavaa −dΦ/dt.
Tasaisen B:n pysyessä vakiointa silmukan pinta-alan A muuttaminen moduloi vuota Φ = BA. Paina Toista – silmukka hengittää ja EMF = −dΦ/dt ilmestyy aina, kun pinta-ala muuttuu. Vertaa tätä tapausta (dA/dt) B:n muutoksen esiasetukseen (dB/dt) nähdäksesi saman lain kahdesta syystä.
- EMF = −dΦ/dt
- Φ = BA
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Silmukka johtoa istuu kiinteässä magneettikentässä, mutta silmukan oma pinta-ala värähtelee (kuvittele sen venyvän ja kutistuvan). Indusoiko tämäkin EMF:n, samalla tavalla kuin muuttuva kentän voimakkuus?
Punniteltavat ennusteet
- Kyllä – Faradayn laki välittää vain kokonaisvuon Φ = BA muuttumisesta, riippumatta siitä, muuttuuko B vai A.
- Ei – vain muuttuva kentän voimakkuus indusoi EMF:n, ei muuttuva pinta-ala.
- Muuttuva pinta-ala indusoi EMF:n, mutta täysin eri mekanismin kautta kuin muuttuva kenttä.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Aika t (s)
Mitä mittaat:
- Indusoitu EMF (mV)
Miten tutkimus etenee
- Avaa vuon muutos pinta-alalla -esiasetus ja paina Nollaa. Kenttä on kiinnitetty arvoon 0.5 T; silmukan pinta-ala värähtelee kaavalla A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)).
- Ota käyttöön indusoidun EMF:n lukema.
- Lue indusoitu EMF jokaisena listattuna ajankohtana.
Hallitseva yhtälö
Faradayn laki (muuttuva pinta-ala) — Φ = B·A
Magneettivuo silmukan läpi on Φ = BA. Kun A muuttuu ajassa (B kiinteä), Faradayn laki pätee edelleen: EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt – sama laki, vain B:n ja A:n roolit vaihdettuina.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) arvoilla B₀ = 0.5 T, A₀ = 0.025 m², ω = 2π×0.35 rad/s. Vertaa taulukkoon.
- Vertaa tämän kaavan rakennetta changing-flux-b-kokeen kaavaan. Selitä, miksi molemmat antavat EMF:n verrannollisena KIINTEÄN suureen (täällä B, siellä A) tulotteeseen ja MUUTTUVAN suureen muutosnopeuteen.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Klassinen ”liukuva sauva” -generaattori muuttaa piirin suljettua pinta-alaa siirtämällä fysikaalisesti yhtä sivua, induoiden EMF = BLv (kenttä × sauvan pituus × liukunopeus) – mekaaninen versio täsmälleen tästä pinta-alan muutoksen vaikutuksesta. Selitä, miksi sauvan liu'uttaminen nopeammin kasvattaa indusoitua EMF:ää.
- Jotkin mikrofonit toimivat siten, että magneetti värähtelee kiinteän kentän lähellä (tai kelan efektiivinen pinta-ala muuttuu suhteessa siihen), muuntaen äänivärähtelyt muuttuvaksi vuoksi ja siten jännitesignaaliksi. Miksi voimakkaampi ääni (suurempi värähtelyamplitudi) tuottaa suuremman EMF-signaalin?
- 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
- Tervetuloa vuon muutokseen pinta-alalla
- Valitse silmukka
- Paina Toista
- EMF pinta-alan muutoksesta
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →