Ηλεκτρομαγνητισμός
Καλώδι φέρον ρεύμα
Τα βέλη B κυκλοφορούν γύρω από το καλώδιο· αύξησε την ένταση I και διάβασε B σε mT.
Καλώδι φέρον ρεύμα — διαδραστική προσομοίωση Ηλεκτρομαγνητισμός. Τα βέλη B κυκλοφορούν γύρω από το καλώδιο· αύξησε την ένταση I και διάβασε B σε mT. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.
Μαγνητικό πεδίο σύρματος
Τα βέλη B κυκλοφορούν γύρω από το σύρμα· ανέβασε την ένταση I και διάβασε το B σε mT.
Ένα μακρύ ευθύγραμμο σύρμα που μεταφέρει ένταση I παράγει κυκλικές γραμμές B-πεδίου γύρω από το σύρμα (νόμος Ampère: B ∝ I/r). Ο κανόνας δεξιού χεριού δίνει τη διεύθυνση: ο αντίχειρας κατά το I, τα δάχτυλα κουλουριάζονται με το B. Τα σύμβολα ⊗/⊙ σημειώνουν πεδίο μέσα/έξω από τη σελίδα. Ανέβασε το I και διάβασε το B σε mT σε σταθερή απόσταση — ο διπλασιασμός του I διπλασιάζει το B.
- B ∝ I/r
- Κανόνας δεξιού χεριού
Σύνοψη έρευνας
Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο
Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.
Βασική ερώτηση
Ευθύγραμμο σύρμα μεταφέρει σταθερή ένταση. Καθώς απομακρύνεις δοκιμαστικό σημείο από το σύρμα, το μαγνητικό πεδίο πέφτει με τον ίδιο τρόπο που πέφτει το πεδίο ηλεκτρικού φορτίου;
Προβλέψεις προς σταθμίσει
- Ναι — είναι απλή πτώση 1/r², ίδια με σημειακό φορτίο.
- Το πεδίο δεν εξαρτάται από την απόσταση από το σύρμα.
- Όχι — το πεδίο σύρματος που μεταφέρει ένταση πέφτει διαφορετικά από σημειακού φορτίου, αφού η ένταση είναι εκτεταμένη (γραμμική) πηγή, όχι σημείο.
Ρόλοι μεταβλητών
Τι ρυθμίζεις:
- Κάθετη απόσταση d (m)
Τι μετράς:
- Ένταση πεδίου |B_z| (µT)
Πώς εκτελείται η έρευνα
- Άνοιξε την προεπιλογή wire-field και πάτησε Επαναφορά. Το σύρμα μεταφέρει σταθερή ένταση 8 A σε τμήμα 4.8 m.
- Ενεργοποίησε την ένδειξη έντασης πεδίου.
- Ρύθμισε την κάθετη απόσταση από το μέσο του σύρματος για κάθε δοκιμή και κατέγραψε την ένταση πεδίου.
Κυρίαρχη εξίσωση
Πεδίο πεπερασμένου σύρματος που μεταφέρει ένταση — B = μ₀I/(2πr)
Ο νόμος Biot–Savart, ολοκληρωμένος κατά μήκος πεπερασμένου ευθύγραμμου σύρματος, δίνει μαγνητικό πεδίο που κυκλώνει το σύρμα και εξαρτάται και από την κάθετη απόσταση και από το μήκος του σύρματος μέσω του ίδιου παρεμβαλλόμενου σχήματος με πεπερασμένη γραμμή φορτίου.
Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας
- Για μία δοκιμή, υπολόγισε |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)) χρησιμοποιώντας μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, I = 8 A, L_half = 2.4 m. Σύγκρινε με τον πίνακα.
- Σύγκρινε το σχήμα αυτού του τύπου με τον τύπο ηλεκτρικού πεδίου του πειράματος line-charge. Εξήγησε γιατί πεπερασμένη φορτισμένη ράβδος και πεπερασμένο σύρμα που μεταφέρει ένταση παράγουν πεδία με το ίδιο είδος εξάρτησης απόστασης — κοντά σε 1/d κοντά στο σύρμα, πιο κοντά σε 1/d² μακριά.
Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο
- Για ιδανικοποιημένο άπειρο σύρμα, το πεδίο απλοποιείται στο κλασικό B = μ₀I/(2πd) — καθαρή πτώση 1/d. Σε ποια απόσταση σε σύγκριση με το μήκος 4.8 m αυτού του σύρματος θα περίμενες τον τύπο πεπερασμένου σύρματος αυτού του πειράματος να ταιριάζει στενά με αυτή την προσέγγιση άπειρου σύρματος;
- Βελόνα πυξίδας τοποθετημένη κοντά σε σύρμα που μεταφέρει ένταση εκτρέπεται για να ευθυγραμμιστεί με το μαγνητικό πεδίο του σύρματος. Εξήγησε, χρησιμοποιώντας τον κανόνα δεξιού χεριού, γιατί το πεδίο κυκλοφορεί γύρω από το σύρμα αντί να δείχνει ακτινικά προς τα έξω όπως θα έκανε ηλεκτρικό πεδίο.
- AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 12: Magnetic Fields and Electromagnetism
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields
- Middle School Physical Science — Electric and magnetic force strength
- Middle School Physical Science — Fields without contact
- Καλώς όρισες στο Πεδίο σύρματος
- Επίλεξε το σύρμα
- Πάτησε Αναπαραγωγή
- Πεδίο B γύρω από σύρμα
- Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
- Το κατάφερες!
Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.
Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →