Wet van Faraday: EMF uit een veranderend oppervlak
1 · Voorspel
Een draadlus zit in een vast magnetisch veld, maar het oppervlak van de lus zelf oscilleert (beeld je in dat hij uitrekt en krimpt). Induceert dit ook een EMF, net als een veranderende veldsterkte?
- Ja — de wet van Faraday gaat alleen om de totale flux Φ = BA die verandert, ongeacht of nu B of A verandert.
- Nee — alleen een veranderende veldsterkte induceert EMF, niet een veranderend oppervlak.
- Een veranderend oppervlak induceert wel EMF, maar via een volledig ander mechanisme dan een veranderend veld.
2 · Opstelling
- Open de voorinstelling changing-flux-area en druk op Herstel. Het veld staat vast op 0.5 T; het oppervlak van de lus oscilleert als A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)).
- Zet de aflezing van de geïnduceerde EMF aan.
- Lees de geïnduceerde EMF af op elk vermeld tijdstip.
3 · Verzamel gegevens
| Tijd t (s) | Geïnduceerde EMF (mV) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 1.50 |
Zet voor je drie aflezingen de geïnduceerde EMF (y-as) uit tegen de tijd t (x-as) en schets hoe hij over één volledige periode (≈2.86 s) oscilleert.
4 · Analyseer
- Reken voor één meting EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) uit met B₀ = 0.5 T, A₀ = 0.025 m², ω = 2π×0.35 rad/s. Vergelijk met de tabel.
- Vergelijk de structuur van deze formule met die van het experiment changing-flux-b. Leg uit waarom beide een EMF geven evenredig met het product van de VASTE grootheid (hier B, daar A) en de veranderingssnelheid van de VERANDERENDE grootheid.
5 · Verdiep
- Een klassieke 'schuifstaaf'generator verandert het omsloten oppervlak van een schakeling door één zijde fysiek te bewegen, met EMF = BLv als gevolg (veld × staflengte × schuifsnelheid) — een mechanische versie van precies dit veranderende-oppervlak-effect. Leg uit waarom het sneller schuiven van de staaf de geïnduceerde EMF verhoogt.
- Sommige microfoons werken doordat een magneet trilt nabij (of het effectieve oppervlak van een spoel verandert ten opzichte van) een vast veld, waardoor geluidstrillingen worden omgezet in een veranderende flux en dus een spanningsignaal. Waarom geeft een harder geluid (grotere trillingsamplitude) een groter EMF-signaal?
De natuurkunde achter dit experiment
Wet van Faraday (veranderend oppervlak)
De magnetische flux door een lus is Φ = BA. Als A in de tijd verandert (B vast), geldt de wet van Faraday nog steeds: EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt — dezelfde wet, alleen met de rollen van B en A omgewisseld.
Elektromagnetisme
- Wet van Coulomb: het veld rond een puntlading
- Elektrische dipool: twee tegengestelde ladingen superponeren
- Veld van een eindige geladen lijn
- Plaatcondensator: lading en energieopslag
- Een geïsoleerde geladen bol
- Een echte condensator passend bij een schakelingscomponent
- De Lorentzkracht: een bewegende lading in een magnetisch veld
- Magnetisch veld van een stroomvoerende draad
- Magnetisch veld in een solenoid
- Wet van Faraday: EMF uit een veranderend veld
- Wet van Faraday: veld en oppervlak tegelijk veranderend
- RLC-impedantie versus aansturende frequentie: resonantie zoeken