القای الکترومغناطیسی فارادی - آموزش تصویری - زبان ساده
موارد زیر مکمل هم هستند. برای یادگیری پایدار، از همه آنها استفاده کنید:
1- متن را بخوانید
2- در آزمون شرکت کنید
توضیح بیشتر: دکمه راهنما در نوار بالایی را کلیک کنید .
محاسبه آنلاین نیروی محرکه القایی، تغییرات شار مغناطیسی ، تعداد دورهای پیچه و زمان تغییر شار
سلامابزار زیر فوق العاده و بی نظیر است. چون بهترین شیوه یادگیری حل مسئله را ارائه می کند. در هیچ جای دیگری چنین ابزار فوق العاده ای را نمی توانید پیدا کنید. برای طراحی آن وقت زیادی صرف کردیم و کاملا رایگان در اختیار عموم قرار دادیم. لطفا از آن استفاده کنید. اعداد مختلف را وارد کنید و آنها را تغییر دهید. به این ترتیب شما می توانید بی نهایت سوال با پاسخ تشریحی ایجاد کنید. از همه مهمتر، حتی می توانید مسائل درون یا آخر فصل و نیز مثال های کتاب درسی را با آن حل کنید.
معلمان محترم می توانند برای طراحی سوال و یا بررسی درستی سوال خود، از این ابزار ارزشمند استفاده کنند( پس از آنکه نرم افزار سوال را تولید کرد می توانید ظاهر و ادبیات سوال را به دلخواه خود تغییر دهید). با احترام: ژرفنما
روش استفاده:
در قسمت پایین، چهار ورودی اعداد وجود دارد. در سه ورودی، عدد دلخواه خود را وارد کنید. سپس روی دکمه محاسبه کلیک کنید. تا حل تشریحی آن، ارائه می شود.
توضیح بیشتر
- فرض کنید سه ورودی برای عدد داریم اگر در ورودی اول و دوم، عدد وارد کنید کمیت سوم حساب می شود. اما اگر در ورودی دوم و سوم، عدد وارد کنید کمیت اول حساب می شود و ...
-
برای وارد کردن اعداد توان دار، ما از ساده ترین روش ( یعنی e-notation )استفاده کردیم. برای این کار، از حرف e استفاده کنید. مثلا 105 × 3 را به صورت 3e5 وارد کنید
همچنین 5-10 × 3 را به صورت 3e-5 وارد کنید
عدد 19-10 × 1/6 را به صورت 1.6e-19 وارد کنید
عددی مانند 105 را به صورت 1e5 وارد کنید.(یعنی به صورت e5 وارد نکنید).
دقت کنید هنگام وارد کردن e صفحه کلید شما انگلیسی باشد وگرنه وارد نمی شود. - برای وارد کردن اعداد اعشاری، مثلا 6/5 به جای علامت اعشار / از علامت نقطه . استفاده کنید
1 - آهنگ تغییر شار مغناطیسی
قبل از آنکه قانون القای الکترومغناطیسی فارادی را بیان کنیم لازم است به دو مفهوم اشاره کنیم: شار و آهنگ تغییر شار.
شار مغناطیسی بیانگر مقدار خطوط مغناطیسی است که از یک سطح می گذرد. ما شار مغناطیسی را در درس قبل، به طور کامل با مثال های مختلف بررسی کردیم.
آهنگ تغییر بیانگر تغییرات یک کمیت در یک دوره زمانی مشخص است. به مثال های زیر درباره آهنگ تغییر شار توجه کنید:
- وقتی می گوییم آهنگ تغییر حجم آب یک مخزن، 120 لیتر بر دقیقه است، منظور ما این است که در مدت یک دقیقه، به اندازه 120 لیتر، حجم آب آن تغییر می کند.
- وقتی می گوییم آهنگ تغییر دما 3 درجه سلسیوس بر سال است، یعنی دما در مدت 1 سال، به اندازه 3 درجه سلسیوس تغییر می کند.
- وقتی می گوییم آهنگ تغییر شار برابر 0.4 وبر بر ثانیه است، یعنی شار در مدت 1 ثانیه، به اندازه 0.4 وبر تغییر می کند.
توجه: برای محاسبه آهنگ تغییرات یک کمیت، باید تغییرات کمیت را بر مدت زمان تغییر تقسیم کرد.
2 - آزمایش القای الکترومغناطیسی فارادی
به شکل روبرو دقت کنید. دو سر یک سیملوله به دو سر یک آمپرسنج متصل شده است. آهنربا را به داخل سیملوله می بریم مشاهده می کنیم که عقربه آمپرسنج حرکت می کند. این نشان می دهد که جریان الکتریکی تولید شده است.در واقع وقتی که آهنربا را به داخل سیملوله می بریم شار مغناطیسی که از سیملوله می گذرد تغییر می کند. این سبب ایجاد جریان و نیروی محرکه الکتریکی می شود.
ساده به نظر می رسد. اما همین آزمایش در پیشرفت علوم و صنایع مختلف، اهمیت انکار ناپذیر داشته است. اساس کار ژنراتور های تولید برق همین است. برق منازل، خودرو ها، بیمارستان ها، ادارات، بیشتر با همین روش تامین می شود.
3 - فرمول القای الکترومغناطیسی
قانون القای الکترومغناطیسی فارادی: هرگاه شار مغناطیسی که از یک مدار بسته میگذرد، تغییر کند، نیروی محرکهای در آن مدار القا میشود که بزرگی آن با آهنگ تغییر شار مغناطیسی متناسب است. - ε = نیروی محرکهٔ القایی( بر حسب ولت v)
- N = تعداد دور پیچه یا سیملوله
- Φ = شار مغناطیسی ( بر حسب وبر Wb)
- t = زمان ( بر حسب ثانیه s)
در شکل روبرو، این قانون با فرمول بیان شده است. اما این فرمول را فارادی ننوشته است. زیرا فارادی به ریاضیات مسلط نبود در عوض، یک آزمایشگر قوی بود. فاردی سه کتاب مهم نوشت که در آنها فرمول وجود نداشت. این قانون توسط جیمز کلارک ماکسول فرموله شد.
توجه:
- عبارت ΔΦ/Δt بیانگر تغییرات شار است و بر حسب وبر بر ثانیه بیان می شود.
- علامت منفی در فرمول بیانگر قانون لنز است که بعدا بررسی می کنیم.
توجه: به فرمول القای الکترومغناطیسی دقت کنید: سمت راست آن یک کسر است که صورت آن شار بر حسب وبر و مخرج آن زمان بر حسب ثانیه است. اما سمت چپ آن نیروی محرکه بر حسب ولت است بنابراین یک وبر بر ثانیه برابر 1 ولت است. توجه: برای حل مسائل القای فارادی دو حالت زیر را در نظر بگیرید.
- اگر هر سه کمیت مذکور، یعنی میدان، مساحت و زاویه، ثابت بماند بدون هیچ محاسبه، نتیجه می گیریم که نیروی محرکه القایی تولید نمی شود و صفر است.
- اگر هر یک از کمیت های مذکور تغییر کند. نیروی محرکه ایجاد می شود. شار مغناطیسی را در حالت اولیه و نهایی حساب کنید و از هم کم کنید تا تغییرات شار محاسبه شود. سپس از فرمول استفاده کنید.
مثال 1: 
در یک میدان مغناطیسی با بزرگی 500 گاوس، یک پیچه 100 دوری با مساحت 0.1 مترمربع به طور عمود قرار دارد( شکل 1 ) پس از 0.2 ثانیه می چرخد و موازی میدان مغناطیسی شود( شکل 2 )
در یک میدان مغناطیسی با بزرگی 500 گاوس، یک پیچه 100 دوری با مساحت 0.1 مترمربع به طور عمود قرار دارد( شکل 1 ) پس از 0.2 ثانیه می چرخد و موازی میدان مغناطیسی شود( شکل 2 )- شار مغناطیسی را در هر دو حالت حساب کنید.
- تغییر شار چند وبر است؟
- نیروی محرکه القایی چند ولت است؟
پاسخ:
- در شکل 1 حلقه عمود بر میدان است بنابراین θ یعنی زاویه بردار عمود بر سطح حلقه( بردار سبز) با میدان مغناطیسی( بردار آبی ) صفر است. کسینوس صفر نیز برابر 1 است. در شکل دوم θ برابر 90 است. کسینوس 90 برابر 0 است پس شاری از حلقه نمی گذرد.
- تغییرات شار را حساب کردیم. در این حالت تمام منفی ها را صرف نظر کردیم. زیرا در مقدار نهایی ولتاژ تاثیر ندارد.
- مقادیر به دست آمده از دو مرحله قبل را در فرمول القای الکترومغناطیسی جایگذاری کردیم.
مثال 2: 
در شکل 1، در یک میدان مغناطیسی 0.04 تسلا یک قاب رسانا، با مساحت 50 سانتی مترمربع قرار دارد. در مدت 0.04 ثانیه قاب را فشرده کرده و به شکل 2 در می آوریم. در این صورت مساحت آن نصف می شود.
در شکل 1، در یک میدان مغناطیسی 0.04 تسلا یک قاب رسانا، با مساحت 50 سانتی مترمربع قرار دارد. در مدت 0.04 ثانیه قاب را فشرده کرده و به شکل 2 در می آوریم. در این صورت مساحت آن نصف می شود.- تغییرات شار چقدر است؟
- نیروی محرکه القایی چند ولت است؟
پاسخ:
- مساحت بر حسب سانتی متر مربع داده شده است. آن را بر 10000 تقسیم کردیم تا به متر مربع تبدیل شود( تبدیل یکا در فصل اندازه گیری کامل بررسی شده است). قاب بر میدان مغناطیسی عمود است. پس بردار عمود بر قاب، موازی میدان است. در نتیجه θ برابر صفر است و cosθ = 1
- در قسمت دوم از فرمول استفاده کردیم. علامت منفی را صرف نظر کردیم و به جای N نیز یک قرار دادیم زیرا قاب تک دور است. در واقع اگر تک دور نبود باید تعداد دور را در متن سوال، مشخص می کرد.
مثال 3: 
نمودار شار مغناطیسی در شکل روبرو رسم شده است. نیروی محرکه القایی را رسم کنید.
نمودار شار مغناطیسی در شکل روبرو رسم شده است. نیروی محرکه القایی را رسم کنید.پاسخ:
برای محاسبه نیروی محرکه، باید تغییرات شار را بر مدت زمان تقسیم کنیم. برای محاسبه تغییرات یک کمیت، باید کمیت اولیه را از کمیت ثانویه کم کرد. برای هر قسمت باید کمیت اولیه و ثانویه را جداگانه تشخیص دهید. به شکل دقت کنید.
برای محاسبه نیروی محرکه، باید تغییرات شار را بر مدت زمان تقسیم کنیم. برای محاسبه تغییرات یک کمیت، باید کمیت اولیه را از کمیت ثانویه کم کرد. برای هر قسمت باید کمیت اولیه و ثانویه را جداگانه تشخیص دهید. به شکل دقت کنید.- در قسمت اول که با رنگ سبز مشخص شده یعنی 10 ثانیه اول: کمیت نهایی را از نقطه B و کمیت اولیه را از نقطه A به دست آوردیم.
- در قسمت دوم که با رنگ خاکستری مشخص شده یعنی از ثانیه 10 تا ثانیه 40: کمیت نهایی را از نقطه C و کمیت اولیه را از نقطه B به دست آوردیم.
- در قسمت سوم که با رنگ قرمز مشخص شده یعنی از ثانیه 40 تا ثانیه 60: کمیت نهایی را از نقطه D و کمیت اولیه را از نقطه C به دست آوردیم.
بخش نظرات
یک آموزش در خور شان و بی نظیر
ممنون از لطف شما
عالی
لطف دارید