Hukum Faraday: Bidang dan Luas Berubah Sekaligus
1 · Memprediksi
Luas lingkaran DAN medan magnet yang melewatinya berosilasi secara bersamaan. Apakah Anda masih dapat menemukan EMF induksi hanya dengan menambahkan dua efek terpisah (mengubah B saja, mengubah A saja) secara bersamaan?
- Tidak — Anda memerlukan aturan perkalian lengkap d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt, yang lebih dari sekadar menambahkan dua EMF terpisah.
- Ya — Anda tinggal menambahkan rumus EMF fluks-b yang berubah dan luas fluks yang berubah.
- Anda mengalikan dua rumus EMF yang terpisah.
2 · Pengaturan
- Buka preset faraday-lenz dan tekan Reset. Baik B(t) dan A(t) berosilasi: B₀ = 0.45 T, A₀ = 0.018 m², pada 0.5 Hz.
- Aktifkan pembacaan EMF terinduksi.
- Baca EMF yang diinduksi pada setiap waktu yang tercantum.
3 · Kumpulkan Data
| Waktu t (s) | EMF yang diinduksi (mV) |
|---|---|
| 0.30 | |
| 0.60 | |
| 1.00 |
Plot EMF yang diinduksi (sumbu y) terhadap waktu t (sumbu x) untuk tiga pembacaan Anda.
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung B(t) = B₀(1 + 0.5 sin(ωt)), A(t) = A₀(1 + 0.35 cos(ωt)), B'(t) = B₀·0.5ω·cos(ωt), A'(t) = −A₀·0.35ω·sin(ωt), lalu EMF = −(A·B' + B·A') menggunakan B₀ = 0.45 T, A₀ = 0.018 m², ω = 2 π×0.5 rad/s. Bandingkan dengan tabel.
- Jelaskan mengapa aturan hasil kali d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt adalah alat yang tepat di sini — fluks adalah PRODUK dari B dan A, dan aturan hasil kali kalkulus (bukan penjumlahan sederhana) memberi tahu Anda bagaimana laju perubahan suatu produk bergantung pada kedua faktor yang berubah secara bersamaan.
5 · Perluas
- Bandingkan nilai EMF percobaan ini dengan perubahan fluks b dan perubahan luas fluks pada waktu yang sama. Jelaskan mengapa Anda tidak bisa begitu saja memprediksi hasil gabungan ini dengan menambahkan nilai EMF dari dua eksperimen lainnya secara bersamaan, meskipun ketiganya menggunakan aturan perkalian di bawahnya.
- Perubahan fluks transformator berasal dari perubahan arus pada salah satu kumparan (yang mengubah B), bukan dari bagian yang bergerak (A diperbaiki di sana). Jelaskan mengapa skenario perubahan gabungan percobaan faraday-lenz lebih umum daripada apa yang sebenarnya dibutuhkan oleh transformator stasioner.
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Hukum Faraday (Aturan Produk)
Ketika B dan A berubah seiring waktu, hukum Faraday memerlukan aturan perkalian penuh: EMF = −d(BA)/dt = −(A·dB/dt + B·dA/dt). Masing-masing suku menangkap kontribusi satu faktor, sedangkan suku lainnya diukur pada nilai sesaatnya.