Sähkömagnetismi
Magneettivuon muutos (ΔB)
Paina Toista – B värähtelee, Φ(t) ja EMF(t) piirtyvät kuvaajaan.
Magneettivuon muutos (ΔB) – interaktiivinen Sähkömagnetismi-simulaatio. Paina Toista – B värähtelee, Φ(t) ja EMF(t) piirtyvät kuvaajaan. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Faradayn laki
Paina Toista – B värähtelee, Φ(t) ja EMF(t) piirtyvät kuvaajaan.
Faradayn laki: EMF = −dΦ/dt, kun silmukan läpi kulkeva magneettivuo Φ = BA muuttuu. Tässä B värähtelee, kun pinta-ala A pysyy kiinteänä, joten Φ(t) seuraa B:tä. Paina Toista – kuvaaja piirtää Φ:n ja indusoidun EMF:n; EMF huipentuu, kun |dB/dt| on suurin, ei silloin kun B itse on suurin.
- 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 magneettikentässä, jonka voimakkuus värähtelee ajassa (silmukan pinta-ala pysyy kiinteänä). Ilmestyykö silmukkaan EMF, vaikka silmukka itse ei liiku?
Punniteltavat ennusteet
- Ei – EMF vaatii fyysistä liikettä silmukasta tai kenttä lähteestä.
- Kyllä – Faradayn laki sanoo, että muuttuva vuo indusoi EMF:n, jopa paikallaan olevassa silmukassa, kunhan kenttä itsessään muuttuu.
- EMF ilmestyy vain, jos silmukka liikkuu kentän läpi.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Aika t (s)
Mitä mittaat:
- Indusoitu EMF (mV)
Miten tutkimus etenee
- Avaa vuon muutos B:llä -esiasetus ja paina Nollaa. Silmukan pinta-ala on kiinnitetty arvoon 0.02 m²; kenttä värähtelee kaavalla B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4Hz × t)).
- Ota käyttöön indusoidun EMF:n lukema.
- Lue indusoitu EMF jokaisena listattuna ajankohtana.
Hallitseva yhtälö
Faradayn laki (muuttuva kenttä) — Φ = B·A
Magneettivuo silmukan läpi on Φ = BA. Kun B muuttuu ajassa (A kiinteä), Faradayn laki antaa indusoidun EMF = −dΦ/dt = −A·dB/dt – verrannollisena silmukan pinta-alaan ja kentän muutosnopeuteen.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) arvoilla A = 0.02 m², B₀ = 0.6 T, ω = 2π×0.4 rad/s. Vertaa taulukkoon.
- Selitä, miksi indusoitu EMF on verrannollinen siihen, kuinka NOPEASTI kenttä muuttuu (dB/dt), ei kentän hetkelliseen arvoon – EMF voi olla suuri, vaikka B itsessään on lähellä keskiarvoaan, jos B muuttuu nopeasti siellä.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Tämä on AC-generaattorin perusperiaate: sen sijaan, että muuttaisi B:tä suoraan, generaattori kierrättää silmukkaa kiinteän kentän läpi, mikä muuttaa vuota yhtä tehokkaasti. Selitä, miksi generaattorisuunnittelu kierrättää yleensä kelaa magneetin värähtämisen sijaan.
- Negatiivinen etumerkki kaavassa EMF = −dΦ/dt (Lenzin laki) tarkoittaa, että indusoitu virta vastustaa muutosta, joka aiheutti sen. Selitä, mitä ”muutoksen vastustaminen” tarkoittaa fysikaalisesti silmukalle kasvavassa kentässä verrattuna pienenevään kenttään.
- 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 B:llä
- Valitse silmukka
- Paina Toista
- EMF B:n muutoksesta
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →