Faradayn laki: EMF muuttuvasta kentästä

1 · Ennusta

Silmukka johtoa istuu magneettikentässä, jonka voimakkuus värähtelee ajassa (silmukan pinta-ala pysyy kiinteänä). Ilmestyykö silmukkaan EMF, vaikka silmukka itse ei liiku?

• 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.

2 · Kokoa

1. 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)).
2. Ota käyttöön indusoidun EMF:n lukema.
3. Lue indusoitu EMF jokaisena listattuna ajankohtana.

3 · Kerää data

Kuvaa indusoitu EMF (y-akseli) aikaa t vasten (x-akseli) kolmelle lukemallesi ja hahmottele, miten se värähtelee yhden täyden periodin (2.5 s) yli.

4 · Analysoi

1. 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.
2. 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.

5 · Laajenna

1. 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.
2. 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.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia