กฎของฟาราเดย์ EMF จากสนามที่เปลี่ยน
1 · ทำนาย
ลวดเป็นวงวางอยู่ในสนามแม่เหล็กที่ความเข้มแกว่งตามเวลา (พื้นที่ของวงคงที่) EMF จะปรากฏในวงหรือไม่แม้วงเองจะไม่เคลื่อนที่
- ไม่ — EMF ต้องการการเคลื่อนที่ทางกายภาพของวงหรือแหล่งสนาม
- ใช่ — กฎของฟาราเดย์ระบุว่าฟลักซ์ที่เปลี่ยนเหนี่ยวนำ EMF แม้ในวงนิ่ง ตราบใดที่สนามเองกำลังเปลี่ยน
- EMF ปรากฏเฉพาะเมื่อวงเคลื่อนที่ผ่านสนาม
2 · จัดเตรียม
- เปิดพรีเซ็ท changing-flux-b แล้วกดรีเซ็ต พื้นที่ของลูปคงที่ 0.02 m² สนามแกว่งเป็น B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4Hz × t))
- เปิดค่าแสดง EMF เหนี่ยวนำ
- อ่าน EMF เหนี่ยวนำที่เวลาที่ระบุแต่ละค่า
3 · เก็บข้อมูล
| เวลา t (s) | แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ (mV) |
|---|---|
| 0.30 | |
| 0.70 | |
| 1.10 |
พล็อต EMF เหนี่ยวนำ (แกน y) กับเวลา t (แกน x) จากสามค่าที่อ่านได้ แล้วร่างว่ามันแกว่งอย่างไรในหนึ่งคาบเต็ม (2.5 s)
4 · วิเคราะห์
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) โดยใช้ A = 0.02 m², B₀ = 0.6 T, ω = 2π×0.4 rad/s เทียบกับตาราง
- อธิบายว่าเหตุใด EMF เหนี่ยวนำจึงแปรผันกับความเร็วที่สนามเปลี่ยน (dB/dt) ไม่ใช่ค่าขณะนั้นของสนาม — EMF อาจใหญ่แม้ B เองอยู่ใกล้ค่าเฉลี่ย ถ้า B เปลี่ยนเร็วตรงจุดนั้น
5 · ต่อยอด
- นี่คือหลักการพื้นฐานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า AC แทนที่จะเปลี่ยน B โดยตรง เครื่องกำเนิดหมุนวงลวดในสนามคงที่ ซึ่งเปลี่ยนฟลักซ์ได้ผลเท่ากัน อธิบายว่าเหตุใดการออกแบบเครื่องกำเนิดมักหมุนขดลวดแทนที่จะแกว่งแม่เหล็ก
- เครื่องหมายลบใน EMF = −dΦ/dt (กฎของเลนซ์) หมายความว่ากระแสเหนี่ยวนำต่อต้านการเปลี่ยนแปลงที่ก่อให้เกิดมัน จงอธิบายว่า 'ต่อต้านการเปลี่ยนแปลง' หมายถึงอะไรทางกายภาพสำหรับลูปในสนามที่เพิ่มขึ้น เทียบกับสนามที่ลดลง
ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้
กฎของฟาราเดย์ (สนามที่เปลี่ยน)
ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านลูปคือ Φ = BA เมื่อ B เปลี่ยนตามเวลา (A คงที่) กฎของฟาราเดย์ให้แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ EMF = −dΦ/dt = −A·dB/dt ซึ่งแปรผันตามพื้นที่ลูปและอัตราเปลี่ยนของสนาม