Điện học – Từ học

Mạch điện, định luật Ohm và cảm ứng điện từ

Thấy được mối liên hệ I = U/R bằng hình ảnh (mật độ electron trôi), và quan sát định luật Faraday–Lenz: chiều dòng cảm ứng luôn chống lại sự biến thiên từ thông sinh ra nó. Đo dòng điện và suất điện động cảm ứng, kiểm chứng $I = U/R$ và $ε = −dΦ_B/dt$ .

THCS

Dụng cụ

Mạch điện 3D: một điện trở, mạch nối tiếp, mạch song song
Nam châm thanh ảo, cực tính đảo được
Cuộn dây có số vòng và từ trường chỉnh được

Các bước tiến hành

Đo dòng điện qua mạch nối tiếp và song song
Chuyển qua ba chế độ mạch. Với mạch nối tiếp, so sánh U₁, U₂ với I·R₁, I·R₂. Với mạch song song, cộng I₁ + I₂ và so với dòng tổng I hiển thị. Đối chiếu các đại lượng quan sát được với $I = I₁ + I₂$ .
Đảo cực nam châm và quan sát định luật Lenz
Cho nam châm tự dao động, đọc đồng hồ ε ở góc trái. Bấm 'Đảo cực' và xem chiều dòng cảm ứng (chấm xanh) đổi ngược lại. Dừng nam châm ở giữa cuộn dây và xem ε tụt về gần 0 dù từ thông Φ đang cực đại. Đối chiếu các đại lượng quan sát được với $ε = −dΦ_B/dt$ .
Đối chiếu suất điện động cảm ứng
Cho nam châm chuyển động nhanh rồi chậm qua cuộn dây, đọc ε và quan sát chiều dòng cảm ứng. So sánh khi nam châm đứng yên ở nơi từ thông lớn nhất; dùng ε = −dΦ_B/dt để giải thích vì sao ε gần 0 lúc đứng yên. Đối chiếu các số liệu hiển thị với $ε = −dΦ_B/dt$ .

Mô phỏng

Lịch sử thí nghiệm

Điện học phát triển từ nghiên cứu định lượng về dòng điện và mạch vào thế kỷ XVIII–XIX. Georg Ohm công bố quan hệ giữa hiệu điện thế, cường độ dòng điện và điện trở năm 1827; về sau, công trình của Michael Faraday về cảm ứng điện từ mở rộng hiểu biết từ mạch dẫn sang tương tác giữa dòng điện và từ trường. Heinrich Lenz nêu quy tắc xác định chiều dòng cảm ứng: tác dụng của nó chống lại sự biến thiên từ thông gây ra nó, phù hợp với bảo toàn năng lượng. Trong mạch điện trở lý tưởng, định luật Ohm viết I = U/R. Với cuộn dây, suất điện động cảm ứng tuân theo ε = −dΦ_B/dt, dấu trừ biểu thị quy tắc Lenz; dòng điện xuất hiện khi từ thông qua mạch biến đổi. Mô phỏng cho phép thay đổi điện áp và điện trở để so sánh chuyển động trôi của electron, đồng thời thay đổi chuyển động nam châm để quan sát điện áp cảm ứng. Electron trôi chậm dù tín hiệu điện lan truyền nhanh; hình ảnh mô phỏng chỉ biểu diễn xu hướng, không phải kích thước hay vận tốc thật.

Nhà vật lý liên quan

Georg Simon Ohm Michael Faraday Heinrich Lenz Joseph Henry

Chủ đề liên quan trong thư viện

Định luật Ohm cho đoạn mạch Mạch điện nối tiếp và song song Cảm ứng điện từ, định luật Faraday–Lenz