Faraday Yasası Laboratuvarı — mıknatıs, bobin ve galvanometre
Aynı masada bir çubuk mıknatıs, bakır telden bir bobin ve sıfırı ortada bir galvanometre: üç adımda Faraday deneyi. Mıknatısı içeri it, ibre sapar; bobinin içinde hareketsiz tut, akı artık en büyük değerinde olduğu hâlde ibre sıfıra döner; dışarı çek, ibre öbür yöne sapar. Ardından tek tıklamalı dört karşılaştırma, sapmanın büyüklüğünü neyin belirlediğini ölçer.
Bu simülasyon nasıl kullanılır
- Deneyi başlat: tek ana düğme üç adımı sırayla oynatır — it, tut, çek.
- Her adım düğmesi yalnızca o adımı çalıştırır; sahnenin yanındaki panel şu an ne olduğunu ve sırada neye bakılacağını söyler.
- İki itişi karşılaştır: dört düğmenin her biri ölçülen iki deneme yapar — iki kat hızlı, iki kat sarım, ters çevrilmiş mıknatıs ve mıknatıs yerine hareket eden bobin.
- Mıknatısı ya da bobini eksen boyunca kendin sürükle; devreyi açmak ya da kapatmak için masadaki bıçaklı anahtara dokun.
- “Düzeneği ayarla” bölümünde itiş hızı, gir-çık ya da içinden geçen sürekli hareket, sarım sayısı, mıknatısın gücü, devre direnci ve ölçme aralığı vardır; “Diğer ölçümler” Φ ve ε için canlı grafikler ve veri dışa aktarma ekler.
Nelere dikkat etmeli
- İbre yalnızca bir şey hareket ederken kıpırdar: mıknatıs bobinin içinde dururken akı en büyüktür, akım ise sıfırdır.
- Mıknatısı itmek ve çekmek ibreyi zıt yönlere saptırır.
- Bobinin mıknatısa bakan ucu, yaklaşan kutupla aynı kutup, uzaklaşırken ise zıt kutup olur — Lenz yasasındaki tepki budur.
- İki kat hız ya da iki kat sarım tepe akımı iki katına çıkarır; mıknatısı ters çevirmek aynı büyüklükte sapmayı öbür yöne verir.
- Anahtar açıkken de emk indüklenir, ama akım geçmez.
Arkasındaki fizik
Faraday yasasına göre bir bobinde indüklenen emk, bobinden geçen akının değişim hızına eşittir: ε = −N ΔΦ/Δt. Laboratuvar, küçük dipollerden oluşan bir çizgi olarak modellenen mıknatıs için her sarımdan geçen akıyı ayrı ayrı hesaplar, sarımları toplayarak toplam akı NΦ’yi bulur ve türevini alır; yani her okuma hesaplanır, canlandırılmaz. Duran bir mıknatıs en büyük akıyı verir ama hiç emk vermez. Aynı itişin hızını iki katına çıkarmak değişim hızını, dolayısıyla tepe akımı iki katına çıkarır; sarım sayısını iki katına çıkarmak emk’yı iki katına çıkarır. Lenz yasası yönü belirler: indüklenen akım her zaman değişime karşı koyar; bu yüzden yaklaşan bir N kutbu bobinde bir N kutbuyla karşılaşır ve itilir, uzaklaşan bir kutbu ise bir S kutbu geri çeker. Yalnızca bağıl hareket önemlidir: bobini sabit bir mıknatısa doğru kaydırmak tamamen aynı sapmayı verir.