Elektromagnetismus
Pole lineárního náboje
Čarový náboj vytváří válcově symetrické pole; vyzkoušej šipky E nad čarou i pod ní.
Pole lineárního náboje — interaktivní simulace Elektromagnetismus. Čarový náboj vytváří válcově symetrické pole; vyzkoušej šipky E nad čarou i pod ní. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Pole lineárního náboje
Čarový náboj vytváří válcově symetrické pole; vyzkoušej šipky E nad čarou i pod ní.
Homogenní čarový náboj λ produkuje válcově symetrické elektrické pole E ∝ λ/r kolmé na čaru. Statický čarový náboj nese proud nulový, takže B = 0 — na zkušební náboj působí jen elektrická síla F_E = qE (zobrazená jako žlutá šipka F_E). Porovnej |E| nad čarou a pod ní v panelu Vlastnosti; zkrácení vzdálenosti na polovinu zdvojnásobí pole.
- E ∝ λ/r (válcově)
- F = qE
Souhrn zkoumání
Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř
Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.
Hlavní otázka
Konečná přímá tyč nese náboj rozprostřený rovnoměrně podél své délky. Na kolmici bodové osy — následuje pole čárového náboje tentýž zákon 1/r² jako bodový náboj?
Predikce k zvážení
- Ano — z dostatečné dálky pořád vypadá jako bodový náboj.
- Pole na vzdálenosti od rozprostřeného nábojového rozdělení nezávisí.
- Ne — konečný čarový náboj má svou vlastní, složitější závislost na vzdálenosti, ne jednoduchý zákon 1/r².
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Kolmá vzdálenost d (m)
Co měříš:
- Intenzita pole E_y (N/C)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu line-charge a stiskni Resetovat. Tyč nese lineární hustotu náboje 2 nC/m přes délku 4.8 m.
- Zapni odečet intenzity pole na kolmici.
- Nastav kolmou vzdálenost od středu tyče pro každý pokus a zapiš intenzitu pole.
Řídící rovnice
Pole konečného nabitého čáru (na kolmici) — E = k·q/r²
Integrace Coulombova zákona podél rovnoměrně nabité tyče dává pole na kolmici, které interpoluje mezi pokles 1/d nekonečného čáru (zblízka) a pokles 1/d² bodového náboje (z dálky).
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Pro jeden pokus spočti E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) s k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Porovnej s tabulkou.
- Vysvětli, proč pole konečného čárového náboje se neredukuje na čistý mocninný zákon jako 1/r² — závisí na vzdálenosti d i na poloviční délce tyče skrz kombinaci √(L_half² + d²).
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Jak vzdálenost d klesá velmi malá vzhledem k délce tyče, vzorec se blíží E ≈ −2kλ/d (klasický výsledek „nekonečného čárového náboje“, klesající jako 1/d, ne 1/d²). Vysvětli pomocí svého vzorce, proč konečná tyč se chová jako nekonečná, když jsi blízko.
- Jak vzdálenost d roste velmi velká vzhledem k délce tyče, vzorec by se měl blížit výsledku bodového náboje E ≈ kQ_total/d² (s Q_total = λ·2L_half). Vysvětli fyzikálně, proč rozprostřené nábojové rozdělení z dostatečné dálky vypadá jako bodový náboj.
- 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
- Vítej v Čarovém náboji
- Vyber zkušební náboj
- Stiskni Spustit
- Pole čarového náboje
- Otevři panel Vlastnosti
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →