Закон Фарадея: ЭДС от изменяющегося поля

1 · Прогноз

Виток провода находится в магнитном поле, напряжённость которого колеблется во времени (площадь витка фиксирована). Появляется ли в витке ЭДС, хотя сам виток не движется?

• Нет — ЭДС требует физического движения витка или источника поля.
• Да — закон Фарадея говорит, что изменяющийся поток наводит ЭДС даже в неподвижном витке, пока меняется само поле.
• ЭДС появляется, только если виток движется в поле.

2 · Подготовка

1. Откройте пресет changing-flux-b и нажмите «Сброс». Площадь контура зафиксирована: 0.02 м²; поле колеблется как B(t) = 0.6 Тл × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4 Гц × t)).
2. Включите показание наведённой ЭДС.
3. Считайте наведённую ЭДС в каждый указанный момент.

3 · Сбор данных

Постройте наведённую ЭДС (ось y) против времени t (ось x) для трёх отсчётов и набросайте её колебание за полный период (2.5 s).

4 · Анализ

1. Для одной пробы вычислите EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt), используя A = 0.02 м²; B₀ = 0.6 Тл; ω = 2π×0.4 рад/с. Сравните с таблицей.
2. Объясните, почему наведённая ЭДС пропорциональна тому, как БЫСТРО меняется поле (dB/dt), а не мгновенному значению поля — ЭДС может быть велика, даже когда B близко к среднему, если B там быстро меняется.

5 · Развитие

1. Это базовый принцип генератора переменного тока: вместо изменения B генератор вращает виток в фиксированном поле, что меняет поток столь же эффективно. Объясните, почему конструкция генератора обычно вращает катушку, а не колеблет магнит.
2. Знак «минус» в EMF = −dΦ/dt (правило Ленца) означает, что наведённый ток противодействует вызвавшему его изменению. Объясните, что «противодействие изменению» означает физически для контура в растущем поле и в убывающем поле.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту