Sähkömagnetismi

Viivalatauksen kenttä

Viivalataus luo sylinterimäisen symmetrisen kentän; testaa E-nuolet viivan ylä- ja alapuolella.

Viivalatauksen kenttä – interaktiivinen Sähkömagnetismi-simulaatio. Viivalataus luo sylinterimäisen symmetrisen kentän; testaa E-nuolet viivan ylä- ja alapuolella. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Viivalatauksen kenttä

Viivalataus luo sylinterimäisen symmetrisen kentän; testaa E-nuolet viivan ylä- ja alapuolella.

Yhtenäinen viivalataus λ tuottaa sylinterimäisen symmetrisen sähkökentän E ∝ λ/r kohtisuoraan viivaan nähden. Paikallaan olevalla viivalatauksella ei ole virtaa, joten B = 0 – vain sähkövoima F_E = qE vaikuttaa koelataukseen (näkyy keltaisena F_E-nuolena). Vertaa |E|:ä viivan ylä- ja alapuolella Ominaisuudet-paneelissa; etäisyyden puolittaminen kaksinkertaistaa kentän.

• E ∝ λ/r (sylinterimäinen)
• 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

Ärellinen suora sauva kantaa varausta tasaisesti levitettynä pituutensa yli. Kohtisuoralla puolittajalla noudattaako varausviivan kenttä samaa 1/r²-lakia kuin pistelataus?

Punniteltavat ennusteet

• Kyllä – riittävän kaukaa se näyttää silti pistelataukselta.
• Kenttä ei riipu etäisyydestä laajennetusta varausjakaumasta.
• Ei – ärellisellä varausviivalla on oma, monimutkaisempi etäisyysriippuvuutensa, ei yksinkertainen 1/r²-laki.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Kohtisuora etäisyys d (m)

Mitä mittaat:

• Kenttävoimakkuus E_y (N/C)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa viivalataus-esiasetus ja paina Nollaa. Sauva kantaa lineaarista varatiheyttä 2 nC/m 4.8 m:n pituudella.
2. Ota käyttöön kenttävoimakkuuden lukema kohtisuoralla puolittajalla.
3. Aseta kohtisuora etäisyys sauvan keskipisteestä jokaiselle suoritukselle ja kirjaa kenttävoimakkuus.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) arvoilla k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi ärellisen varausviivan kenttä ei pelkisty siistiksi potenssilaiksi kuin 1/r² – se riippuu sekä etäisyydestä d että sauvan puolipituudesta yhdistelmän √(L_half² + d²) kautta.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Kun etäisyys d tulee hyvin pieneksi sauvan pituuteen verrattuna, kaava lähestyy arvoa E ≈ −2kλ/d (klassinen ”ääretön varausviiva” -tulos, joka laskee kuin 1/d ei 1/d²). Selitä kaavasi avulla, miksi ärellinen sauva käyttäytyy kuin ääretön, kun olet lähellä sitä.
• Kun etäisyys d tulee hyvin suureksi sauvan pituuteen verrattuna, kaavan pitäisi lähestyä pistelataustulosta E ≈ kQ_total/d² (jossa Q_total = λ·2L_half). Selitä fysikaalisesti, miksi laajennettu varausjakauma näyttää pistelataukselta riittävän kaukaa.

• 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

1. Tervetuloa viivalataukseen
2. Valitse koelataus
3. Paina Toista
4. Viivalatauksen 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