Sähkömagnetismi

Sähködipoli

Raahaa koelatausta – kenttäviivat kulkevat +:sta −:iin ja voima seuraa kaavaa F = qE.

Sähködipoli – interaktiivinen Sähkömagnetismi-simulaatio. Raahaa koelatausta – kenttäviivat kulkevat +:sta −:iin ja voima seuraa kaavaa F = qE. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Sähködipoli

Raahaa koelatausta – kenttäviivat kulkevat +:sta −:iin ja voima seuraa kaavaa F = qE.

Kaksi vastakkaista varausta (+ ja −) luo dipolikentän: viivat lähtevät positiivisesta varauksesta ja päättyvät negatiiviseen. Raahaa koelatausta ja katsele F = qE:n osoittavan paikallisen kentän suuntaan. Akselilla kenttä pienenee nopeammin kuin yksittäisellä varauksella; akselin ulkopuolella se kaartuu. Molekyylien polaarisuus ja antennien säteilykuviot ovat dipolifysiikkaa.

• E + ja − varauksista
• F = qE

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Positiivinen ja yhtä suuri negatiivinen varaus istuvat kiinteällä etäisyydellä toisistaan. Kumoavatko niiden kentät keskipisteessä vai summautuvatko ne?

Punniteltavat ennusteet

• Kentät kumoavat täsmälleen keskipisteessä.
• Kentät ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden eivätkä yksinkertaisesti summaudu tai kumoa.
• Kentät summautuvat – molemmat varaukset työntävät/vetävät koelatausta samaan suuntaan keskipisteessä.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Puolietäisyys s (m)

Mitä mittaat:

• Kenttävoimakkuus keskipisteessä E (N/C)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa dipoli-esiasetus ja paina Nollaa. Varaukset ovat ±3 nC.
2. Ota käyttöön kenttävoimakkuuden lukema keskipisteessä.
3. Aseta puolietäisyys kunkin varauksen ja keskipisteen välillä jokaiselle suoritukselle ja kirjaa kenttävoimakkuus siellä.

Hallitseva yhtälö

Superpositio dipolin keskipisteessä — E = k·q/r²

Kahden varauksen nettokenttä on kunkin yksittäisen kentän vektorisumma (superpositio). Dipolin keskipisteessä positiivisen varauksen kenttä osoittaa pois siitä ja negatiivisen varauksen kenttä kohti sitä – molemmat samaan suuntaan – joten ne summautuvat: E = 2kq/s².

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske E = 2kq/s² arvoilla k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 3 nC. Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi kerroin 2 ilmestyy: keskipisteessä positiivisen varauksen ulospäin suuntautuva kenttä ja negatiivisen varauksen sisäänpäin suuntautuva kenttä osoittavat samaan suuntaan, joten niiden suuruudet summautuvat eivätkä kumoa.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Kaukana dipolista (etäisyys paljon suurempi kuin erotus) kenttä vaimenee vielä nopeammin kuin 1/r² – lähempänä 1/r³ – koska kahden varauksen kentät kumoavat lähes. Selitä, miksi lähes täydellinen kumoutuminen suurella etäisyydellä tekisi kentästä heikomman kuin yksittäisen pistelatauksen.
• Vesimolekyylit käyttäytyvät kuin pienet sähködipolit (toinen puoli hieman positiivinen, toinen hieman negatiivinen). Selitä, miksi tämä dipoliluonne auttaa vettä liuottamaan ioniyhdisteitä, kuten suolaa.

• 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
• Middle School Physical Science — Fields without contact

1. Tervetuloa dipoliin
2. Valitse koelataus
3. Paina Toista
4. Dipolin kenttä
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Coulombin laki