⚡

Lab 131 — เครื่องกำเนิดไฟฟ้า (3D)

Generator — หมุนขดลวดในสนามแม่เหล็ก อ่านรูปคลื่นจากออสซิลโลสโคป หา ε สูงสุดกับคาบ เปรียบเทียบวงแหวนเต็มกับวงแหวนผ่าซีก แล้วต่อหลอดไฟ

3D · three.js KP Science simulation
ปลายขดลวด
N
แม่เหล็ก
A
V/ช่อง
ms/ช่อง
⚠️ โหลดไลบรารี 3D (three.js) ไม่สำเร็จ — ต้องเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต
โหมดการทดลอง
🧭 ตอนนี้ต้องทำอะไร
❓ ผลการทาย
📋 ตารางบันทึกผล
📈 กราฟ
🎯 หาค่า B จากความชัน
B =T
ความชันของกราฟ ε สูงสุดกับ ω เท่ากับ N A B

วัตถุประสงค์

อุปกรณ์

วิธีการทดลอง

  1. ทายตำแหน่งที่ ε สูงสุด แล้วลากมือหมุนช้า ๆ ดูเข็มเทียบกับตำแหน่งของขดลวด กด มองตามแกน เพื่อดูมุม
  2. กด ⚙ เดินมอเตอร์ขับ เลือก V/ช่อง และ ms/ช่อง ให้เห็นรูปคลื่นเต็มจอ
  3. นับช่องหา ε สูงสุดกับคาบ กด 📝 บันทึกผล แล้วพิมพ์ลงตาราง
  4. เปลี่ยนรอบอย่างน้อย 4 ค่า แล้วเขียนกราฟ ε สูงสุดกับ ω หา B จากความชัน ตรวจในแผง 🎯
  5. เปลี่ยน N และ A แล้วเขียนกราฟอีกครั้ง
  6. เลือก วงแหวนผ่าซีก เปรียบเทียบรูปคลื่นและคาบ
  7. กด 💡 ต่อหลอดไฟ ดูความสว่างกับรอบ แล้วหยุดมอเตอร์ขับ เปรียบเทียบเวลาที่ขดลวดหมุนจนหยุดเมื่อต่อและไม่ต่อหลอดไฟ
⚠️ เมื่อทำจริง ระวังนิ้ว เส้นผม และสายคล้องบัตรเข้าไปในส่วนที่หมุนและสายพาน หยุดมอเตอร์ก่อนเปลี่ยนอุปกรณ์เสมอ

คำถามท้ายการทดลอง

  1. เหตุใดขณะฟลักซ์ผ่านขดลวดมากที่สุด ε จึงเป็นศูนย์
  2. เมื่อรอบเพิ่ม 2 เท่า ε สูงสุดและคาบเปลี่ยนอย่างไร
  3. เมื่อใช้วงแหวนผ่าซีก คาบของรูปคลื่นต่างจากเดิมอย่างไร เพราะเหตุใด
  4. เหตุใดความต่างศักย์ปลายลดลงเมื่อต่อหลอดไฟ
  5. เมื่อต่อหลอดไฟ พลังงานไฟฟ้ามาจากไหน และเหตุใดขดลวดจึงหยุดเร็วขึ้น

1. ฟลักซ์และอีเอ็มเอฟ

ให้ φ เป็นมุมระหว่างระนาบขดลวดกับสนาม และขดลวดหมุนด้วยอัตราเร็วเชิงมุม ω

Φ = A B sin φ · ε = − N dΦ/dt = N A B ω cos φ

เมื่อระนาบขนานกับสนาม ฟลักซ์เป็นศูนย์ แต่เปลี่ยนเร็วที่สุด ε จึงสูงสุด ด้านของขดลวดตัดเส้นสนามตั้งฉากพอดี เมื่อระนาบตั้งฉากกับสนาม ฟลักซ์สูงสุด แต่อัตราการเปลี่ยนเป็นศูนย์

ε สูงสุด = N A B ω · ω = 2π f = 2π / T

2. วงแหวนเต็มกับวงแหวนผ่าซีก

วงแหวนเต็มต่อปลายขดลวดกับวงจรภายนอกตลอดเวลา จึงได้ไฟฟ้าสลับ วงแหวนผ่าซีกสลับการต่อทุกครึ่งรอบ จึงได้ความต่างศักย์ทิศเดียว เป็นห้วง 2 ห้วงต่อรอบ คาบจึงเหลือครึ่งหนึ่ง

3. การต่อโหลดและพลังงาน

I = ε / (R + r) · V ปลาย = I R = ε − I r

กระแสในขดลวดทำให้เกิดโมเมนต์ต้านการหมุน ตามกฎของเลนซ์ มอเตอร์หรือมือจึงต้องทำงานมากขึ้น กำลังกลที่ใส่เข้าไปกลายเป็นกำลังไฟฟ้า

τ ต้าน = N I A B cos φ · τ ω = ε I = I²(R + r)

ค่าเฉลี่ยของกำลังไฟฟ้าสำหรับไฟฟ้าสลับเท่ากับ ε²สูงสุด / 2(R + r) หลอดไฟจึงกะพริบ 2 ครั้งต่อรอบ เห็นชัดเมื่อหมุนช้า

🔍 แลปนี้ใช้สนามสม่ำเสมอ ไม่คิดความเหนี่ยวนำของขดลวด ให้ความต้านทานขดลวดเท่ากับ 0.02 N Ω และหลอดไฟเป็นความต้านทาน 10 Ω คงที่ ค่าสนาม ความเฉื่อย และความเสียดทานเป็นค่าที่ตั้งไว้ในแลป เมื่อหมุนเร็วภาพอาจดูเหมือนช้าลงเพราะอัตราเฟรม ใช้ปุ่ม 🐢 ความเร็ว เพื่อชะลอภาพได้