معمل قانون فاراداي — مغناطيس وملف وجلفانومتر

كيف تستخدم هذه المحاكاة

• ابدأ التجربة: الزر الرئيسي الوحيد يشغّل الخطوات الثلاث بالترتيب — إدخال ثم تثبيت ثم إخراج.
• كل زر من أزرار الخطوات يشغّل خطوته وحدها، وتوضح اللوحة المجاورة للمشهد ما يحدث الآن وما الذي تلاحظه بعده.
• قارن بين دفعتين: أربعة أزرار يشغّل كل منها محاولتين مقيستين — ضعف السرعة، وضعف عدد اللفات، وعكس المغناطيس، وتحريك الملف بدل المغناطيس.
• اسحب المغناطيس أو الملف على المحور بنفسك، وانقر المفتاح السكيني على الطاولة لفتح الدائرة أو غلقها.
• في «اضبط الأجهزة» تجد سرعة الدفع، والحركة المستمرة دخولًا وخروجًا أو عبر الملف، وعدد اللفات، وقوة المغناطيس، ومقاومة الدائرة، ومدى الجلفانومتر؛ وتضيف «قياسات إضافية» رسومًا حية لـ Φ و ε وتصديرًا للبيانات.

ما الذي تلاحظه

• لا يتحرك المؤشر إلا أثناء الحركة: عندما يسكن المغناطيس داخل الملف يكون الفيض أكبر ما يمكن والتيار صفرًا.
• الإدخال والإخراج يحرّفان المؤشر في اتجاهين متعاكسين.
• طرف الملف المواجه للمغناطيس يصبح قطبًا مماثلًا للقطب المقترب، ومخالفًا له عند الابتعاد — وهذا هو التنافر والتجاذب في قاعدة لنز.
• ضعف السرعة أو ضعف عدد اللفات يعطي ضعف أقصى تيار، وعكس المغناطيس يعطي انحرافًا بالمقدار نفسه في الاتجاه الآخر.
• عندما يكون المفتاح مفتوحًا تتولد قوة دافعة مستحثة لكن لا يمر تيار.

الفيزياء وراءها

ينص قانون فاراداي على أن القوة الدافعة الكهربية المستحثة في ملف تساوي معدل تغيّر الفيض المغناطيسي الذي يخترقه: ε = −N ΔΦ/Δt. تحسب المحاكاة الفيض خلال كل لفة على حدة، من مغناطيس ممثَّل بخط من ثنائيات أقطاب صغيرة، ثم تجمع اللفات لتحصل على ترابط الفيض NΦ وتشتقه بالنسبة للزمن، فكل قراءة محسوبة وليست رسمًا متحركًا. المغناطيس الساكن يعطي أكبر فيض دون أي قوة دافعة. مضاعفة سرعة الدفعة نفسها تضاعف معدل التغيّر ومن ثم أقصى تيار، ومضاعفة عدد اللفات تضاعف القوة الدافعة. وتحدد قاعدة لنز الاتجاه: التيار المستحث يقاوم دائمًا التغيّر المسبب له، فالقطب الشمالي المقترب يواجه قطبًا شماليًا على طرف الملف فيتنافر معه، والقطب المبتعد يجذبه قطب جنوبي. المهم هو الحركة النسبية فقط: تحريك الملف نحو مغناطيس ثابت يعطي الانحراف نفسه تمامًا.