Електромагнетизм

Фарадей–Ленц (ΔB + ΔA)

Змінюються і B, і площа — порівняйте криві Φ та ЕРС.

Фарадей–Ленц (ΔB + ΔA) — інтерактивне моделювання: Електромагнетизм. Змінюються і B, і площа — порівняйте криві Φ та ЕРС. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Закон Фарадея–Ленца

B і площа змінюються разом — порівняйте криві Φ та ЕРС.

Коли і B, і площа контуру змінюються, Φ = BA змінюється від двох внесків. Закон Ленца: індукована ЕРС (та струм) протидіють зміні потоку, що їх спричинила. Натисніть «Запустити» та порівняйте Φ(t) з ЕРС(t) — помітьте, що знак ЕРС перевертається, щоб боротися зі зростанням чи спадом потоку.

• ЕРС протидіє ΔΦ
• 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

Площа контуру І магнітне поле крізь нього коливаються одночасно. Чи можна знайти індуковану ЕРС, просто додавши два окремі ефекти (змінне B окремо, змінна A окремо)?

Прогнози для зважування

• Ні — потрібне повне правило добутку d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt, що більше за просту суму двох окремих ЕРС.
• Так — можна просто додати формули ЕРС changing-flux-b та changing-flux-area.
• Треба перемножити дві окремі формули ЕРС.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Час t (s)

Що ви вимірюєте:

• Індукована ЕРС (mV)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет faraday-lenz та натисніть «Скинути». Обидві B(t) та A(t) коливаються: B₀ = 0.45 T, A₀ = 0.018 м², на 0.5 Hz.
2. Увімкніть показ індукованої ЕРС.
3. Зчитуйте індуковану ЕРС у кожен указаний момент.

Керівне рівняння

Закон Фарадея (правило добутку) — Φ = B·A

Коли і B, і A змінюються з часом, закон Фарадея вимагає повного правила добутку: ЕРС = −d(BA)/dt = −(A·dB/dt + B·dA/dt). Кожен член ловить внесок одного множника, коли інший зафіксований на своєму миттєвому значенні.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть B(t) = B₀(1 + 0.5sin(ωt)), A(t) = A₀(1 + 0.35cos(ωt)), B'(t) = B₀·0.5ω·cos(ωt), A'(t) = −A₀·0.35ω·sin(ωt), потім ЕРС = −(A·B' + B·A') з B₀ = 0.45 T, A₀ = 0.018 м², ω = 2π×0.5 rad/s. Порівняйте з таблицею.
• Поясніть, чому правило добутку d(BA)/dt = A·dB/dt + B·dA/dt — точно правильний інструмент тут: потік це ДОБУТОК B і A, і правило добутку матаналізу (не просте додавання) каже, як швидкість зміни добутку залежить від обох множників, що змінюються разом.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Порівняйте значення ЕРС цього експерименту зі значеннями changing-flux-b та changing-flux-area у подібні моменти. Поясніть, чому не можна просто передбачити цей комбінований результат, додавши значення ЕРС двох інших експериментів у той самий момент, хоча всі три під поверхнею використовують правило добутку.
• Змінний потік трансформатора походить від змінного струму в одній котушці (що змінює B), а не від будь-яких рухомих частин (A там фіксована). Поясніть, чому сценарій комбінованої зміни експерименту faraday-lenz загальніший за те, що справжньому нерухомому трансформатору насправді потрібно.

• 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. Чи можна просто додати?
2. Ізолюйте поле
3. Зафіксуйте потік
4. Відкрийте дані
5. Поясніть свої докази

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