電磁気学
変化回路面积 (ΔA)
再生を押してください—ループの面積が周期的に変化し、EMF は −dΦ/dt に従います。
変化回路面积 (ΔA) — インタラクティブな電磁気学シミュレーション。再生を押してください—ループの面積が周期的に変化し、EMF は −dΦ/dt に従います。 ブラウザで使える無料の仮想物理実験室。SI 単位のライブ測定とガイド付きチュートリアルを備えています。
面積変化による磁束
再生 — コイルの面積が変化し、起電力は −dΦ/dt に従います。
再生 — コイルの面積が変化し、起電力は −dΦ/dt に従います。
- EMF = −dΦ/dt
- Φ = BA
捜査概要
ラボを開く前に質問を計画する
このブリーフは事前レンダリングされたページを反映しています。探究の問い、競合する予測、変数の役割、支配する法則、設定、分析と発展の問いを、この順序で表示します。
運転に関する質問
導線ループは一定の磁場中にあるが、ループ自体の面積が振動する（伸び縮みするものと考える）。磁場の強さが変化する場合と同様に、これでも起電力が誘起されるか？
検討する予測
- はい — ファラデーの法則が扱うのは、B と A のどちらが変化するかにかかわらず、全磁束 Φ = BA の変化だけである。
- いいえ — 起電力を誘起するのは変化する磁場の強さだけであり、面積の変化ではない。
- 面積変化は起電力を誘起するが、磁場変化とはまったく異なる仕組みによる。
可変的な役割
設定するもの：
- 時間 t (s)
測定するもの：
- 誘導起電力 (mV)
実験の進め方
- changing-flux-area プリセットを開き、「リセット」を押す。磁場は 0.5 T に固定され、ループの面積は A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)) として振動する。
- 誘導起電力の表示を有効にする。
- 各指定時刻における誘導起電力を読み取る。
支配方程式
ファラデーの法則（面積変化） — Φ = B·A
ループを通る磁束は Φ = BA である。A が時間とともに変化し（B は固定）、ファラデーの法則は依然として成り立つ：EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt。これは同じ法則で、B と A の役割を入れ替えただけである。
印刷用ワークシートで生徒が求めるもの
- 1回の試行について、B₀ = 0.5 T、A₀ = 0.025 m²、ω = 2π×0.35 rad/s を用いて EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) を計算する。表と比較する。
- この式の構造を changing-flux-b 実験の式と比較する。両方で起電力が、固定量（ここでは B、そちらでは A）と変化量の変化率の積に比例する理由を説明する。
実験以外での活用
- 古典的な「滑り棒」発電機では、回路の一辺を物理的に動かして囲む面積を変え、EMF = BLv（磁場 × 棒の長さ × 滑る速さ）を誘起する。これはまさにこの面積変化効果の力学的な例である。棒をより速く滑らせると誘導起電力が増す理由を説明する。
- 一部のマイクロフォンは、磁石をコイルの近くで振動させたり、固定磁場に対するコイルの有効面積を変えたりして、音の振動を変化する磁束、したがって電圧信号に変換する。より大きな音（より大きな振幅の振動）がより大きな起電力信号を生む理由は何か？
- 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
- 変化する磁束（面積）へようこそ
- コイルを選択
- 再生
- 面積変化による起電力
- インスペクターを開く
- 完了です！
インタラクティブなシミュレーションを開いてシーンを構築し、再生ボタンを押し、リアルタイム測定とガイド付きチュートリアルで探索しましょう。