Электромагнетизм

Изменяющаяся площадь контура (ΔA)

Нажмите Play — площадь контура «дышит»; ЭДС следует −dΦ/dt.

Изменяющаяся площадь контура (ΔA) — интерактивная симуляция (Электромагнетизм). Нажмите Play — площадь контура «дышит»; ЭДС следует −dΦ/dt. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Поток из изменения площади

Нажмите Play — площадь контура «дышит»; ЭДС следует −dΦ/dt.

При однородном постоянном B изменение площади контура A модулирует поток Φ = BA. Нажмите «Воспроизвести» — контур «дышит», и ЭДС = −dΦ/dt появляется всякий раз, когда меняется площадь. Сравните этот случай (dA/dt) с пресетом changing-B (dB/dt): один закон с двух причин.

• EMF = −dΦ/dt
• Φ = BA

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Виток провода лежит в фиксированном магнитном поле, но его собственная площадь колеблется (представьте растяжение и сжатие). Наводит ли это ЭДС так же, как изменение напряжённости поля?

Прогнозы для взвешивания

• Да — закону Фарадея важно лишь изменение полного потока Φ = BA, независимо от того, что именно меняется: B или A.
• Нет — ЭДС наводит только изменение напряжённости поля, не изменение площади.
• Изменение площади наводит ЭДС, но совсем другим механизмом, чем изменение поля.

Роли переменных

Что вы задали:

• Время t (s)

Что вы измеряете:

• Наведённая ЭДС (mV)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет changing-flux-area и нажмите «Сброс». Поле зафиксировано на 0.5 Тл; площадь контура колеблется как A(t) = 0.025 м² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35 Гц × t)).
2. Включите показание наведённой ЭДС.
3. Считайте наведённую ЭДС в каждый указанный момент.

Определяющее уравнение

Закон Фарадея (изменяющаяся площадь) — Φ = B·A

Магнитный поток через контур равен Φ = BA. Когда A меняется во времени (B фиксировано), закон Фарадея всё равно действует: EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt — тот же закон, просто поменялись роли B и A.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt), используя B₀ = 0.5 Тл; A₀ = 0.025 м²; ω = 2π×0.35 рад/с. Сравните с таблицей.
• Сравните структуру этой формулы с формулой эксперимента changing-flux-b. Объясните, почему обе дают ЭДС, пропорциональную произведению ФИКСИРОВАННОЙ величины (здесь B, там A) и скорости изменения МЕНЯЮЩЕЙСЯ.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Классический генератор со «скользящим стержнем» меняет охватываемую контуром площадь, физически сдвигая одну сторону, и наводит EMF = BLv (поле × длина стержня × скорость скольжения) — механическая версия ровно этого эффекта изменения площади. Объясните, почему более быстрое скольжение стержня увеличивает наведённую ЭДС.
• Некоторые микрофоны работают за счёт вибрации магнита возле (или изменения эффективной площади катушки относительно) фиксированного поля, превращая звуковые колебания в изменяющийся поток и, значит, в сигнал напряжения. Почему более громкий звук (большая амплитуда вибрации) даёт больший сигнал ЭДС?

• 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

1. Добро пожаловать к изменяющейся площади
2. Выберите контур
3. Нажмите Play
4. ЭДС от изменяющейся площади
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Закон индукции Фарадея