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
- Avaa viivalataus-esiasetus ja paina Nollaa. Sauva kantaa lineaarista varatiheyttä 2 nC/m 4.8 m:n pituudella.
- Ota käyttöön kenttävoimakkuuden lukema kohtisuoralla puolittajalla.
- Aseta kohtisuora etäisyys sauvan keskipisteestä jokaiselle suoritukselle ja kirjaa kenttävoimakkuus.
Hallitseva yhtälö
Ärellisen varatun viivan kenttä (puolittajalla) — E = k·q/r²
Coulombin lain integroiminen tasaisesti varatun sauvan pituudelta antaa kentän kohtisuoralla puolittajalla, joka interpoi ärettömän viivan 1/d-vaimenemisen (lähellä) ja pistelatauksen 1/d²-vaimenemisen (kaukana) välillä.
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
- Tervetuloa viivalataukseen
- Valitse koelataus
- Paina Toista
- Viivalatauksen kenttä
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →