ファラデーの法則：変化する磁場による起電力

1 · 予測

導線ループは、強さが時間とともに振動する磁場の中にある（ループの面積は一定）。ループ自体が動いていなくても、ループ内に起電力は現れるか？

• いいえ — 起電力にはループまたは磁場源の物理的な運動が必要である。
• はい — ファラデーの法則によれば、磁場自体が変化している限り、静止したループでも変化する磁束は起電力を誘起する。
• 起電力は、ループが磁場中を動く場合にのみ現れる。

2 · 準備

1. changing-flux-b プリセットを開き、「リセット」を押す。ループの面積は 0.02 m² に固定され、磁場は B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4Hz × t)) として振動する。
2. 誘導起電力の表示を有効にする。
3. 各指定時刻における誘導起電力を読み取る。

3 · データ収集

3回の測定について、誘導起電力（縦軸）を時間 t（横軸）に対してプロットし、1周期（2.5 s）にわたる振動の様子をスケッチする。

4 · 分析

1. 1回の試行について、A = 0.02 m²、B₀ = 0.6 T、ω = 2π×0.4 rad/s を用いて EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) を計算する。表と比較する。
2. 誘導起電力が磁場の瞬間値ではなく、磁場がどれだけ速く変化しているか（dB/dt）に比例する理由を説明する。B 自体が平均値付近でも、そこで B が急速に変化していれば起電力は大きくなり得る。

5 · 発展

1. これは交流発電機の基本原理である。発電機は B を直接変化させる代わりに、一定の磁場内でループを回転させるが、これも同様に磁束を変化させる。発電機が通常、磁石を振動させる代わりにコイルを回転させる理由を説明する。
2. EMF = −dΦ/dt の負号（レンツの法則）は、誘導電流がその原因となった変化に逆らうことを意味する。磁場が増加している場合と減少している場合について、「変化に逆らう」とは物理的に何を意味するかを説明する。

この実験の物理

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