Sähkömagnetismi
Faraday–Lenz (ΔB + ΔA)
Sekä B että pinta-ala muuttuvat – vertaa Φ- ja EMF-käyriä.
Faraday–Lenz (ΔB + ΔA) – interaktiivinen Sähkömagnetismi-simulaatio. Sekä B että pinta-ala muuttuvat – vertaa Φ- ja EMF-käyriä. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Faradayn–Lenzin laki
Sekä B että pinta-ala muuttuvat – vertaa Φ- ja EMF-käyriä.
Kun sekä B että silmukan pinta-ala vaihtuvat, Φ = BA muuttuu kahdesta osasta. Lenzin laki: indusoitu EMF (ja virta) vastustaa vuon muutosta, joka aiheutti ne. Paina Toista ja vertaa Φ(t):tä EMF(t):hen – huomaa EMF:n etumerkin kääntyvän taistelemaan kasvavaa tai pienenevää vuota vastaan.
- EMF vastustaa ΔΦ:ta
- 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
Silmukan pinta-ala JA sen läpi kulkeva magneettikenttä värähtelevät molemmat samanaikaisesti. Voitko silti löytää indusoidun EMF:n yksinkertaisesti summaamalla kaksi erillistä vaikutusta (pelkkä B:n muutos, pelkkä A:n muutos) yhteen?
Punniteltavat ennusteet
- Ei – tarvitset täyden tulokaavan d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt, joka on enemmän kuin kahden erillisen EMF:n summaaminen.
- Kyllä – voit vain summata changing-flux-b- ja changing-flux-area-EMF-kaavat yhteen.
- Kerroat kaksi erillistä EMF-kaavaa keskenään.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Aika t (s)
Mitä mittaat:
- Indusoitu EMF (mV)
Miten tutkimus etenee
- Avaa faraday-lenz-esiasetus ja paina Nollaa. Sekä B(t) että A(t) värähtelevät: B₀ = 0.45 T, A₀ = 0.018 m², taajuudella 0.5 Hz.
- Ota käyttöön indusoidun EMF:n lukema.
- Lue indusoitu EMF jokaisena listattuna ajankohtana.
Hallitseva yhtälö
Faradayn laki (tulokaava) — Φ = B·A
Kun sekä B että A muuttuvat ajan myötä, Faradayn laki vaatii täyden tulokaavan: EMF = −d(BA)/dt = −(A·dB/dt + B·dA/dt). Jokainen termi tallentaa yhden tekijän osuuden, kun toinen pidetään sen hetkellisessä arvossaan.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske B(t) = B₀(1 + 0.5sin(ωt)), A(t) = A₀(1 + 0.35cos(ωt)), B'(t) = B₀·0.5ω·cos(ωt), A'(t) = −A₀·0.35ω·sin(ωt), sitten EMF = −(A·B' + B·A') arvoilla B₀ = 0.45 T, A₀ = 0.018 m², ω = 2π×0.5 rad/s. Vertaa taulukkoon.
- Selitä, miksi tulokaava d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt on täsmälleen oikea työkalu tässä – vuo on B:n ja A:n TULOTE, ja kalkyylin tulokaava (ei yksinkertainen summaaminen) kertoo, miten tulotteen muutosnopeus riippuu molemmista tekijöistä, jotka muuttuvat yhdessä.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Vertaa tämän kokeen EMF-arvoja changing-flux-b:n ja changing-flux-area:n arvoihin samankaltaisina ajankohtina. Selitä, miksi et voi yksinkertaisesti ennustaa tätä yhdistettyä tulosta summaamalla muiden kahden kokeen EMF-arvot samalla ajankohdalla, vaikka kaikki kolme käyttävät tulokaavaa alla.
- Muuntajan muuttuva vuo tulee yhden kelan muuttuvasta virrasta (joka muuttaa B:tä), ei mistään liikkuvista osista (A on kiinteä siellä). Selitä, miksi faraday-lenz-kokeen yhdistetty muutostilanne on yleisempi kuin mitä paikallaan oleva muuntaja oikeasti tarvitsee.
- 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
- Voitko vain summata ne?
- Eristä kenttä
- Tallenna vuo
- Avaa data
- Selitä todisteesi
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →