Faradays lag: EMF från en föränderlig area
1 · Förutsäg
En trådslinga ligger i ett fast magnetfält, men slingans egen area oscillerar (föreställ dig att den tänjs och krymper). Inducerar detta också en EMF, på samma sätt som en föränderlig fältstyrka gör?
- Ja — Faradays lag bryr sig bara om att det totala flödet Φ = BA ändras, oavsett om det är B eller A som varierar.
- Nej — bara en föränderlig fältstyrka inducerar EMF, inte en föränderlig area.
- En föränderlig area inducerar EMF, men genom en helt annan mekanism än ett föränderligt fält.
2 · Uppbyggnad
- Öppna förinställningen Föranderligt flöde (area) och tryck på Återställ. Fältet är fast på 0.5 T; slingans area oscillerar som A(t) = 0.025 m² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)).
- Aktivera avläsningen av inducerad EMF.
- Läs av den inducerade EMF:en vid varje angiven tid.
3 · Samla data
| Tid t (s) | Inducerad EMF (mV) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 1.50 |
Rita inducerad EMF (y-axeln) mot tiden t (x-axeln) för dina tre avläsningar, och skissa hur den oscillerar över en hel period (≈2.86 s).
4 · Analysera
- Beräkna för ett försök EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) med B₀ = 0.5 T, A₀ = 0.025 m², ω = 2π×0.35 rad/s. Jämför med tabellen.
- Jämför denna formels struktur med experimentet med föränderligt fält. Förklara varför båda ger en EMF proportionell mot produkten av den FASTA storheten (B här, A där) och ändringstakten hos den VARIERANDE storheten.
5 · Utvidga
- En klassisk 'glidande stav'-generator ändrar en krets omslutna area genom att fysiskt flytta en sida, och inducerar EMF = BLv (fält × stavlängd × glidhastighet) — en mekanisk version av exakt denna areaändringseffekt. Förklara varför snabbare glidning av staven ökar den inducerade EMF:en.
- Vissa mikrofoner arbetar genom att en magnet vibrerar nära ett fast fält (eller en spols effektiva area ändras relativt till det), vilket omvandlar ljudvibrationer till ett föränderligt flöde och därmed en spänningssignal. Varför ger ett starkare ljud (större vibrationsamplitud) en större EMF-signal?
Fysiken bakom det här experimentet
Faradays lag (föränderlig area)
Det magnetiska flödet genom en slinga är Φ = BA. När A ändras i tiden (B fast), gäller fortfarande Faradays lag: EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt — samma lag, bara med rollerna hos B och A bytta.
Elektromagnetism
- Coulombs lag: Fältet kring en punktladdning
- Elektrisk dipol: Superposition av två motstående laddningar
- Fältet från en ändlig laddad linje
- Plattkondensator: Lagring av laddning och energi
- En isolerad laddad sfär
- En verklig kondensator som motsvarar en kretskomponent
- Lorentzkraften: En rörlig laddning i ett magnetfält
- Magnetfältet från en strömförande tråd
- Magnetfältet inuti en solenoid
- Faradays lag: EMF från ett föränderligt fält
- Faradays lag: Fält och area ändras samtidigt
- RLC-impedans mot drivfrekvens: att finna resonans