Електромагнетизм

Змінна площа контуру (ΔA)

Натисніть «Запустити» — площа контуру дихає; ЕРС слідує −dΦ/dt.

Змінна площа контуру (ΔA) — інтерактивне моделювання: Електромагнетизм. Натисніть «Запустити» — площа контуру дихає; ЕРС слідує −dΦ/dt. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Потік від зміни площі

Натисніть «Запустити» — площа контуру дихає; ЕРС слідує −dΦ/dt.

При сталому однорідному B зміна площі контуру A модулює потік Φ = BA. Натисніть «Запустити» — контур дихає, і ЕРС = −dΦ/dt з'являється щоразу, коли площа змінюється. Порівняйте цей випадок (dA/dt) з пресетом змінного B (dB/dt), щоб побачити той самий закон з двох причин.

• EMF = −dΦ/dt
• Φ = BA

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Провідний контур лежить у фіксованому магнітному полі, але власна площа контуру коливається (уявіть, що він тягнеться та стискається). Чи це теж індукує ЕРС, так само як змінна напруженість поля?

Прогнози для зважування

• Так — закону Фарадея байдуже, що саме змінюється в сумарному потоці Φ = BA, чи B, чи A.
• Ні — лише змінна напруженість поля індукує ЕРС, не змінна площа.
• Змінна площа індукує ЕРС, але через зовсім інший механізм, ніж змінне поле.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Час t (s)

Що ви вимірюєте:

• Індукована ЕРС (mV)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет changing-flux-area та натисніть «Скинути». Поле фіксоване 0.5 T; площа контуру коливається як A(t) = 0.025 м² × (1 + 0.35 cos(2π × 0.35Hz × t)).
2. Увімкніть показ індукованої ЕРС.
3. Зчитуйте індуковану ЕРС у кожен указаний момент.

Керівне рівняння

Закон Фарадея (змінна площа) — Φ = B·A

Магнітний потік крізь контур — Φ = BA. Коли A змінюється в часі (B фіксоване), закон Фарадея все ще діє: ЕРС = −dΦ/dt = −B·dA/dt — той самий закон, лише ролі B і A поміняні.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть ЕРС = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) з B₀ = 0.5 T, A₀ = 0.025 м², ω = 2π×0.35 rad/s. Порівняйте з таблицею.
• Порівняйте структуру цієї формули з експериментом changing-flux-b. Поясніть, чому обидві дають ЕРС, пропорційну добутку ФІКСОВАНОЇ величини (тут B, там A) та швидкості зміни ЗМІННОЇ величини.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Класичний генератор «ковзний стрижень» змінює площу, охоплену колом, фізично рухаючи одну сторону, індукуючи ЕРС = BLv (поле × довжина стрижня × швидкість ковзання) — механічна версія саме цього ефекту змінної площі. Поясніть, чому швидше ковзання стрижня збільшує індуковану ЕРС.
• Деякі мікрофони працюють так, що магніт вібрує біля фіксованого поля (або змінюється ефективна площа котушки), перетворюючи звукові коливання на змінний потік і, отже, на сигнал напруги. Чому гучніший звук (більша амплітуда вібрації) дає більший сигнал ЕРС?

• 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. Вітаємо в змінній площі контуру
2. Виберіть контур
3. Натисніть «Запустити»
4. ЕРС від змінної площі
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Закон електромагнітної індукції Фарадея