Elektromagnetyzm
Zmienna powierzchnia pętli (ΔA)
Naciśnij Play — powierzchnia pętli oddycha; SEM podąża za −dΦ/dt.
Zmienna powierzchnia pętli (ΔA) — interaktywna symulacja: Elektromagnetyzm. Naciśnij Play — powierzchnia pętli oddycha; SEM podąża za −dΦ/dt. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Strumień ze zmiany powierzchni
Naciśnij Play — powierzchnia pętli oddycha; SEM podąża za −dΦ/dt.
Przy jednorodnym stałym B zmiana pola pętli A moduluje strumień Φ = BA. Naciśnij Odtwórz — pętla oddycha, a EMF = −dΦ/dt pojawia się za każdym razem, gdy zmienia się pole. Porównaj ten przypadek (dA/dt) z presetem changing-B (dB/dt): to samo prawo z dwóch przyczyn.
- EMF = −dΦ/dt
- Φ = BA
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Pętla drutu siedzi w stałym polu magnetycznym, ale własna powierzchnia pętli oscyluje (wyobraź sobie rozciąganie i kurczenie). Czy to też indukuje SEM, tak samo jak zmiana natężenia pola?
Prognozy do rozważenia
- Tak — prawo Faradaya interesuje tylko zmiana całkowitego strumienia Φ = BA, niezależnie od tego, co się zmienia: B czy A.
- Nie — tylko zmiana natężenia pola indukuje SEM, nie zmiana powierzchni.
- Zmienna powierzchnia indukuje SEM, ale zupełnie innym mechanizmem niż zmienne pole.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Czas t (s)
Co mierzysz:
- SEM indukowana (mV)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset changing-flux-area i naciśnij Reset. Pole jest ustalone na 0.5 T; powierzchnia pętli oscyluje jak A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35 Hz × t)).
- Włącz odczyt indukowanej SEM.
- Odczytaj indukowaną SEM w każdym podanym czasie.
Równanie rządzące
Prawo Faradaya (zmienna powierzchnia) — Φ = B·A
Strumień magnetyczny przez pętlę to Φ = BA. Gdy A zmienia się w czasie (przy stałym B), prawo Faradaya nadal obowiązuje: EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt — to samo prawo, tylko z zamienionymi rolami B i A.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt), używając B₀ = 0.5 T; A₀ = 0.025 m²; ω = 2π×0.35 rad/s. Porównaj z tabelą.
- Porównaj strukturę tego wzoru z eksperymentem zmiennego strumienia B. Wyjaśnij, dlaczego oba dają SEM proporcjonalną do iloczynu STAŁEJ wielkości (tu B, tam A) i tempa zmiany ZMIENNEJ wielkości.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Klasyczny generator ze „ślizgającym się prętem” zmienia obszar objęty obwodem, fizycznie przesuwając jeden bok, indukując EMF = BLv (pole × długość pręta × szybkość ślizgu) — mechaniczna wersja dokładnie tego efektu zmiennej powierzchni. Wyjaśnij, dlaczego szybsze przesuwanie pręta zwiększa indukowaną SEM.
- Niektóre mikrofony działają tak, że magnes wibruje blisko stałego pola (lub skuteczna powierzchnia cewki zmienia się względem niego), zamieniając drgania dźwiękowe na zmienny strumień, a więc sygnał napięciowy. Dlaczego głośniejszy dźwięk (większa amplituda drgań) daje większą SEM?
- 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
- Witamy w zmiennej powierzchni
- Zaznacz pętlę
- Naciśnij Play
- SEM ze zmiennej powierzchni
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →