حل سؤال القای الکترومغناطیسی؛ تشخیص شار و جهت جریان القایی
حل سؤال القای الکترومغناطیسی با دو کنترل انجام می‌شود: ابتدا تغییر شار مغناطیسی را از حاصل‌ضرب میدان، مساحت و زاویه پیدا کنید و سپس با قانون لنز جهت جریان القایی را تعیین کنید؛ این روش جلوی خطای رایجِ اشتباه گرفتن جهت میدان و جریان را می‌گیرد.
حل سؤال القای الکترومغناطیسی؛ از کجا شروع کنیم؟
در مسائل القای الکترومغناطیسی، کمیت تعیین‌کننده تغییر شار مغناطیسی است، نه صرفاً بزرگ‌بودن میدان. برای حلقه تخت از رابطه شار برابر با حاصل‌ضرب میدان، مساحت و کسینوس زاویه میدان با عمود سطح استفاده می‌شود. نیروی محرکه القایی از نسبت قدرمطلق تغییر شار به زمان به‌دست می‌آید و اگر حلقه چند دور داشته باشد، در تعداد دورها ضرب می‌شود. جهت جریان با قانون لنز تعیین می‌شود: جریان القایی با تغییری که آن را ایجاد کرده مخالفت می‌کند.
روش گام‌به‌گام
- 1. خواسته سؤال را به دو بخش عددی و جهتی جدا کنید؛ مقدار نیروی محرکه و جهت جریان را با یک استدلال واحد قاطی نکنید.
- 2. زاویه داده‌شده را با عمود سطح مقایسه کنید، نه با خود صفحه حلقه؛ اگر میدان عمود بر سطح باشد، کسینوس زاویه برابر یک است.
- 3. شار اولیه و نهایی را جداگانه بنویسید و تغییر شار را از تفاضل آن‌ها به‌دست آورید؛ تغییر مساحت، میدان یا زاویه هر سه می‌توانند شار را عوض کنند.
- 4. برای حلقه چنددوری، مقدار نیروی محرکه را از رابطه تعداد دور ضرب‌در تغییر شار تقسیم‌بر زمان محاسبه کنید.
- 5. برای جهت، ابتدا مشخص کنید شارِ رو به داخل یا خارج صفحه در حال افزایش یا کاهش است؛ سپس جریان را طوری انتخاب کنید که میدان القایی با این تغییر مخالفت کند.
- 6. در پایان با قاعده دست راست بررسی کنید که جریان ساعت‌گرد میدان را به داخل صفحه و جریان پادساعت‌گرد میدان را به خارج صفحه می‌سازد.
یک حلقهٔ رسانای تک‌دور با مساحت ۰٫۰۲ مترمربع در میدانی عمود بر سطح قرار دارد. میدان طی ۰٫۱ ثانیه از ۰٫۵ تسلا به صفر می‌رسد و جهت میدان اولیه به داخل صفحه است. شار اولیه برابر ۰٫۰۱ وبر و شار نهایی صفر است؛ بنابراین قدرمطلق نیروی محرکهٔ القایی برابر ۰٫۰۱ تقسیم‌بر ۰٫۱، یعنی ۰٫۱ ولت، می‌شود. چون شارِ رو به داخل صفحه کاهش یافته است، جریان القایی باید میدان رو به داخل صفحه بسازد؛ پس جهت جریان ساعت‌گرد است.
چطور این مبحث را مرور کنیم؟
برای بازبینی پاسخ، سه مورد را کنترل کنید: زاویه نسبت به عمود سطح انتخاب شده باشد، تعداد دورها در مقدار نیروی محرکه لحاظ شده باشد و جهت جریان بر اساس تغییر شار تعیین شده باشد، نه بر اساس جهت خود میدان اولیه.
اشتباه رایج این است که دانش‌آموز با دیدن میدان رو به داخل صفحه فوراً جریان ساعت‌گرد را انتخاب می‌کند. این نتیجه فقط وقتی درست است که شارِ رو به داخل صفحه در حال کاهش باشد؛ اگر همان شار در حال افزایش باشد، جریان باید پادساعت‌گرد شود تا میدان مخالف ایجاد کند.
جمع‌بندی
برای حل مطمئن این تیپ، ابتدا تغییر شار را عددی محاسبه کنید و سپس فقط تغییر آن را با قانون لنز تحلیل کنید. این تفکیک، خطای علامت، خطای زاویه و انتخاب نادرست جهت جریان را هم‌زمان کاهش می‌دهد.
مطالعه مطلب آموزشی مرتبط ←