Wet van Faraday: EMF uit een veranderend veld

1 · Voorspel

Een draadlus zit in een magnetisch veld waarvan de sterkte in de tijd oscilleert (het oppervlak van de lus blijft vast). Ontstaat er een EMF in de lus, ook al beweegt de lus zelf niet?

Nee — EMF vereist fysieke beweging van de lus of de veldbron.
Ja — de wet van Faraday zegt dat een veranderende flux een EMF induceert, ook in een stilstaande lus, zolang het veld zelf verandert.
EMF ontstaat alleen als de lus door het veld beweegt.

2 · Opstelling

Open de voorinstelling changing-flux-b en druk op Herstel. Het oppervlak van de lus staat vast op 0.02 m²; het veld oscilleert als B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4Hz × 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)
0.30
0.70
1.10

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 (2.5 s) oscilleert.

4 · Analyseer

Reken voor één meting EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) uit met A = 0.02 m², B₀ = 0.6 T, ω = 2π×0.4 rad/s. Vergelijk met de tabel.
Leg uit waarom de geïnduceerde EMF evenredig is met hoe SNEL het veld verandert (dB/dt) en niet met de momentane waarde van het veld — de EMF kan groot zijn zelfs wanneer B zelf nabij zijn gemiddelde waarde is, als B daar snel verandert.

5 · Verdiep

Dit is het basisprincipe achter een wisselstroomgenerator: in plaats van B direct te veranderen, roteert een generator een lus door een vast veld, wat de flux net zo effectief verandert. Leg uit waarom generatorontwerp meestal de spoel laat ronddraaien in plaats van de magneet te laten oscilleren.
Het minteken in EMF = −dΦ/dt (wet van Lenz) betekent dat de geïnduceerde stroom de verandering tegenwerkt die hem veroorzaakte. Leg uit wat 'de verandering tegenwerken' natuurkundig betekent voor een lus in een toenemend veld versus een afnemend veld.

De natuurkunde achter dit experiment

Wet van Faraday (veranderend veld)

De magnetische flux door een lus is Φ = BA. Als B in de tijd verandert (A vast), geeft de wet van Faraday een geïnduceerde EMF = −dΦ/dt = −A·dB/dt — evenredig met het oppervlak van de lus en de veranderingssnelheid van het veld.

← Terug naar experiment

Elektromagnetisme

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde