Електромагнетизъм
Поле на линеен заряд
Линейният заряд създава цилиндрично симетрично поле; провери стрелките на E над и под линията.
Поле на линеен заряд — интерактивна симулация Електромагнетизъм. Линейният заряд създава цилиндрично симетрично поле; провери стрелките на E над и под линията. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.
Поле на линеен заряд
Линейният заряд създава цилиндрично симетрично поле; провери E стрелките над и под линията.
Равномерен линеен заряд λ произвежда цилиндрично симетрично електрическо поле E ∝ λ/r, перпендикулярно на линията. Статичен линеен заряд няма ток, така че B = 0 — само електрическата сила F_E = qE действа на пробен заряд (показана като жълтата F_E стрелка). Сравни |E| над и под линията в панела Свойства; половината разстояние удвоява полето.
- E ∝ λ/r (цилиндрично)
- F = qE
Резюме на изследването
Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията
Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.
Водещ въпрос
Краен прав прът носи заряд, разпределен равномерно по дължината му. На перпендикулярната медиатора следва ли полето на линия заряд същия закон 1/r² като точков заряд?
Предсказвания за преценка
- Да — от достатъчно далеч тя пак изглежда като точков заряд.
- Полето не зависи от разстоянието от разпределен заряд.
- Не — крайна линия заряд има собствена, по-сложна зависимост от разстоянието, не прост закон 1/r².
Роли на променливите
Какво задаваш ти:
- Перпендикулярно разстояние d (m)
Какво измерваш:
- Напрегнатост на полето E_y (N/C)
Как протича изследването
- Отвори настройката линеен заряд и натисни Нулирай. Прътът носи линейна плътност на заряда 2 nC/m по дължина 4.8 m.
- Включи показанието за сила на полето на перпендикулярната медиатора.
- Задай перпендикулярното разстояние от средата на пръта за всеки опит и запиши силата на полето.
Управляващо уравнение
Поле на крайна заредена линия (на медиатора) — E = k·q/r²
Интегрирането на закона на Кулон по равномерно зареден прът дава поле на перпендикулярната медиатора, което интерполира между спада 1/d на безкрайна линия (отблизо) и спада 1/d² на точков заряд (отдалеч).
Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист
- За един опит изчисли E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) с k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Сравни с таблицата.
- Обясни защо полето на крайна линия заряд не се свежда до чист степенен закон като 1/r² — зависи и от разстоянието d, и от полу-дължината на пръта чрез комбинацията √(L_half² + d²).
Къде това се появява извън лабораторията
- Когато разстоянието d става много малко спрямо дължината на пръта, формулата приближава E ≈ −2kλ/d (класическият резултат „безкрайна линия заряд“, който пада като 1/d, не 1/d²). Обясни, с формулата си, защо крайният прът се държи като безкраен, когато си близо до него.
- Когато разстоянието d става много голямо спрямо дължината на пръта, формулата трябва да приближава резултата за точков заряд E ≈ kQ_total/d² (с Q_total = λ·2L_half). Обясни физически защо разпределен заряд изглежда като точков заряд от достатъчно далеч.
- 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
- Добре дошъл при линейния заряд
- Избери пробния заряд
- Натисни Пусни
- Поле на линеен заряд
- Отвори панела Свойства
- Справи се!
Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.
Отвори интерактивната лаборатория →