Elektromagnetismus
Linienladungsfeld
Die Linienladung erzeugt ein zylindrisch symmetrisches Feld; teste die E-Pfeile über und unter der Linie.
Linienladungsfeld — interaktive Elektromagnetismus-Simulation. Die Linienladung erzeugt ein zylindrisch symmetrisches Feld; teste die E-Pfeile über und unter der Linie. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Feld einer Linienladung
Die Linienladung erzeugt ein zylindrisch symmetrisches Feld; prüfe die E-Pfeile ober- und unterhalb der Linie.
Eine gleichmäßige Linienladung λ erzeugt ein zylindersymmetrisches elektrisches Feld E ∝ λ/r senkrecht zur Linie. Eine statische Linienladung hat keinen Strom, also B = 0 — auf eine Testladung wirkt nur die elektrische Kraft F_E = qE (als gelber F_E-Pfeil dargestellt). Vergleiche |E| ober- und unterhalb der Linie im Eigenschaften-Panel; halbiert sich der Abstand, verdoppelt sich das Feld.
- E ∝ λ/r (zylindrisch)
- F = qE
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Leitfrage
Ein endlicher gerader Stab trägt gleichmäßig über seine Länge verteilte Ladung. Folgt das Feld einer Ladungslinie auf der Mittelsenkrechten dem gleichen 1/r²-Gesetz wie eine Punktladung?
Vorhersagen zum Abwägen
- Ja – aus ausreichender Entfernung sieht es immer noch wie eine Punktladung aus.
- Bei einer erweiterten Ladungsverteilung ist das Feld nicht von der Entfernung abhängig.
- Nein – eine endliche Ladungslinie hat ihre eigene, komplexere Abstandsabhängigkeit, kein einfaches 1/r²-Gesetz.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Senkrechter Abstand d (m)
Was Sie messen:
- Feldstärke E_y (N/C)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie das Preset „Linienladung“ und drücken Sie Zurücksetzen. Der Stab trägt eine lineare Ladungsdichte von 2 nC/m über eine Länge von 4.8 m.
- Aktivieren Sie die Feldstärkeanzeige auf der Mittelsenkrechten.
- Stellen Sie für jeden Versuch den senkrechten Abstand vom Stabmittelpunkt ein und zeichnen Sie die Feldstärke auf.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) unter Verwendung von k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum sich das Feld einer endlichen Ladungslinie nicht auf ein sauberes Potenzgesetz wie 1/r² reduzieren lässt – es hängt sowohl vom Abstand d als auch von der halben Länge des Stabes durch die Kombination √(L_half² + d²) ab.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Da der Abstand d im Vergleich zur Stablänge sehr klein wird, nähert sich die Formel E ≈ −2kλ/d (dem klassischen Ergebnis einer „unendlichen Ladungslinie“, das als 1/d und nicht als 1/d² abfällt). Erklären Sie anhand Ihrer Formel, warum sich der endliche Stab wie ein unendlicher verhält, wenn Sie sich ihm nähern.
- Da der Abstand d im Vergleich zur Stablänge sehr groß wird, sollte sich die Formel dem Punktladungsergebnis E ≈ kQ_total/d² annähern (mit Q_total = λ·2L_half). Erklären Sie physikalisch, warum eine ausgedehnte Ladungsverteilung aus ausreichend großer Entfernung wie eine Punktladung aussieht.
- 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
- Willkommen bei der Linienladung
- Testladung auswählen
- Abspielen drücken
- Feld einer Linienladung
- Eigenschaften-Panel öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.