الكهرومغناطيسية
مجال شحنة خطية
تنشئ الشحنة الخطية مجالًا متناظرًا أسطوانيًا؛ اختبر أسهم E فوق الخط وتحته.
مجال شحنة خطية — محاكاة الكهرومغناطيسية تفاعلية. تنشئ الشحنة الخطية مجالًا متناظرًا أسطوانيًا؛ اختبر أسهم E فوق الخط وتحته. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
مجال الشحنة الخطية
تنشئ الشحنة الخطية مجالًا متناظرًا أسطوانيًا؛ اختبر أسهم E فوق الخط وتحته.
الشحنة الخطية المنتظمة λ تولّد مجالًا كهربائيًا متماثلًا أسطوانيًا E ∝ λ/r عموديًا على الخط. الشحنة الخطية الساكنة لا تيار لها، لذا B = 0 — فقط القوة الكهربائية F_E = qE تؤثر على شحنة الاختبار (ممثلة بسهم F_E الأصفر). قارن |E| أعلى وأسفل الخط في لوحة الخصائص؛ تنصيف المسافة يضاعف المجال.
- E ∝ λ/r (تناظر أسطواني)
- F = qE
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
قضيب مستقيم منتهٍ يحمل شحنة موزعة بانتظام على طوله. على المنصف العمودي، هل يتبع مجال خط الشحنة قانون 1/r² نفسه كشحنة نقطية؟
توقعات للموازنة
- نعم — من بعد كافٍ ما يزال يبدو شحنة نقطية.
- لا يعتمد المجال على المسافة من توزيع شحنة ممتد.
- لا — لخط الشحنة المنتهي اعتماد مسافة خاص أكثر تعقيدًا، لا قانون 1/r² بسيط.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- المسافة العمودية d (m)
ما تقيسه:
- شدة المجال E_y (N/C)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة الشحنة الخطية واضغط إعادة. يحمل القضيب كثافة شحنة خطية 2 nC/m على طول 4.8 m.
- فعّل قراءة شدة المجال على المنصف العمودي.
- اضبط المسافة العمودية عن منتصف القضيب لكل تجربة وسجل شدة المجال.
المعادلة الحاكمة
مجال خط مشحون منتهٍ (على المنصف) — E = k·q/r²
تكامل قانون كولوم على قضيب مشحون بانتظام يعطي مجالًا على المنصف العمودي يتدرج بين هبوط 1/d لخط لانهائي (عن قرب) وهبوط 1/d² لشحنة نقطية (من بعيد).
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- لمحاولة واحدة، احسب E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) باستخدام k = 8.99×10⁹ N·m²/C² و λ = 2 nC/m و L_half = 2.4 m. قارن بالجدول.
- اشرح لماذا لا يؤول مجال خط شحنة منتهٍ إلى قانون قوى نظيف كـ1/r² — فهو يعتمد على المسافة d وعلى نصف طول القضيب معًا عبر المركب √(L_half² + d²).
أين يظهر هذا خارج المختبر
- مع صغر المسافة d كثيرًا نسبة إلى طول القضيب، تقترب الصيغة من E ≈ −2kλ/d (نتيجة «خط الشحنة اللانهائي» الكلاسيكية، وهي تهبط كـ1/d لا 1/d²). بصيغتك، اشرح لماذا يتصرف القضيب المنتهي كخط لانهائي وأنت قريب منه.
- عندما تصبح المسافة d كبيرة جدًا مقارنة بطول القضيب، يجب أن تقترب الصيغة من نتيجة الشحنة النقطية E ≈ kQ_total/d² (مع Q_total = λ·2L_half). اشرح فيزيائيًا لماذا يبدو توزيع الشحنة الممتد كشحنة نقطية من مسافة كافية.
- AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 8: Electric Charges, Fields, and Gauss's Law
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- أهلًا بك في الشحنة الخطية
- حدد شحنة الاختبار
- اضغط تشغيل
- مجال شحنة خطية
- افتح لوحة الخصائص
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.