Định luật Faraday: EMF từ một khu vực đang thay đổi
1 · Dự đoán
Một vòng dây nằm trong một từ trường cố định, nhưng diện tích riêng của vòng dây lại dao động (hãy tưởng tượng nó giãn ra và co lại). Điều này có tạo ra EMF giống như cách cường độ trường thay đổi không?
- Có - Định luật Faraday chỉ quan tâm đến thông lượng tổng Φ = BA thay đổi, bất kể B hay A thay đổi.
- Không - chỉ cường độ trường thay đổi mới tạo ra EMF chứ không phải vùng thay đổi.
- Một vùng thay đổi tạo ra EMF, nhưng thông qua một cơ chế hoàn toàn khác với trường thay đổi.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt trước changing-flux-area và nhấn Reset. Trường được cố định ở 0.5 T; diện tích của vòng lặp dao động dưới dạng A(t) = 0.025 m² × ( 1 + 0.35 cos(2π × 0.35 Hz × t)).
- Kích hoạt tính năng đọc EMF cảm ứng.
- Đọc EMF cảm ứng tại mỗi thời điểm được liệt kê.
3 · Thu thập dữ liệu
| Thời gian t (s) | EMF gây ra (mV) |
|---|---|
| 0.50 | |
| 1.00 | |
| 1.50 |
Vẽ đồ thị EMF cảm ứng (trục y) theo thời gian t (trục x) cho ba số đọc của bạn và phác họa cách nó dao động trong một khoảng thời gian đầy đủ (≈2,86 s).
4 · Phân tích
- Đối với một lần dùng thử, hãy tính toán EMF = −B·dA/dt = B₀·A₀·0.35·ω·sin(ωt) bằng B₀ = 0.5 T, A₀ = 0.025 m², ω = 2 π×0.35 rad/s. So sánh với bảng.
- So sánh cấu trúc của công thức này với thí nghiệm thay đổi thông lượng-b. Giải thích tại sao cả hai đều đưa ra EMF tỷ lệ thuận với tích của đại lượng CỐ ĐỊNH (B ở đây, A ở đó) và tốc độ thay đổi của đại lượng THAY ĐỔI.
5 · Gia hạn
- Một máy phát 'thanh trượt' cổ điển thay đổi diện tích kín của mạch bằng cách di chuyển vật lý một bên, tạo ra EMF = BLv (trường × chiều dài thanh × tốc độ trượt) - một phiên bản cơ học của chính xác hiệu ứng diện tích thay đổi này. Giải thích tại sao trượt thanh nhanh hơn lại làm tăng EMF cảm ứng.
- Một số micrô hoạt động bằng cách để nam châm dao động gần (hoặc diện tích hiệu dụng của cuộn dây thay đổi so với) một trường cố định, chuyển đổi dao động âm thanh thành từ thông thay đổi và do đó thành tín hiệu điện áp. Tại sao âm thanh to hơn (biên độ rung lớn hơn) lại tạo ra tín hiệu EMF lớn hơn?
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Định luật Faraday (Vùng thay đổi)
Từ thông qua vòng dây là Φ = BA. Khi A thay đổi theo thời gian (B cố định), định luật Faraday vẫn được áp dụng: EMF = −dΦ/dt = −B·dA/dt — quy luật tương tự, chỉ có vai trò của B và A được hoán đổi.