Sähkömagnetismi

Varaus B-kentässä

Liukuta koelatauksen nopeutta – magneettivoima F = qv×B ilmestyy lukemiin.

Varaus B-kentässä – interaktiivinen Sähkömagnetismi-simulaatio. Liukuta koelatauksen nopeutta – magneettivoima F = qv×B ilmestyy lukemiin. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Magneettivoima

Liukuta koelatauksen nopeutta – magneettivoima F = qv×B ilmestyy lukemiin.

Koelataus q, joka liikkuu nopeudella v tasaisessa B:ssä, tuntee magneettivoiman F_B = q(v×B), kohtisuorana sekä v:hen että B:hen. Esiasetus käyttää tasaista B-aluetta (ei virtajohtinta), joten vain Lorentz-voima vaikuttaa. Keltaiset F_E- ja violetit F_B-nuolet jakavat sähköisen ja magneettisen osan; yhdistetty F = F_E + F_B. Paina Toista nähdäksesi liikkeen v:n suunnassa.

• F = qv×B
• F ⊥ v and B

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

Varautunut hiukkanen liikkuu tasaisen magneettikenttäalueen läpi. Riippuuko siihen vaikuttava magneettivoima hiukkasen nopeudesta vai vain kentän voimakkuudesta?

Punniteltavat ennusteet

• Voima riippuu vain kentän voimakkuudesta, ei nopeudesta.
• Magneettivoima ei riipu kummastakaan suureesta yksinkertaisella tavalla.
• Voima riippuu sekä kentän voimakkuudesta että hiukkasen nopeudesta – nopeammat hiukkaset tuntevat voimakkaamman magneettivoiman.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Nopeuden x-komponentti v_x (m/s)
• Nopeuden y-komponentti v_y (m/s)

Mitä mittaat:

• Voiman suuruus F (µN)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa qv×B-esiasetus ja paina Nollaa. Kenttäalueella on kiinteä Bz = 0.12 T; koelataus on q = 3×10⁻¹⁰ C.
2. Ota käyttöön voiman suuruuden lukema koelatauksessa.
3. Aseta koelatauksen nopeuskomponentit jokaiselle suoritukselle ja kirjaa voiman suuruus.

Hallitseva yhtälö

Lorentz-voima (magneettinen) — F_B = q·v×B

Varaus q, joka liikkuu nopeudella v magneettikentän B läpi, kokee voiman F = qv×B, kohtisuorana sekä nopeuteensa että kenttään. Sen suuruus on |F| = |q||v||B|, kun v on kohtisuorassa B:hen nähden.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske |F| = |q|·|B|·|v| arvoilla q = 3×10⁻¹⁰ C, B = 0.12 T, |v| = √(v_x² + v_y²). Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi magneettivoiman suuruus riippuu hiukkasen kokonaisnopeudesta |v|, ei nopeuden suunnasta – vaikka voiman suunta riippuu siitä, mihin suuntaan se liikkuu.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Magneettivoima on aina kohtisuorassa nopeuteen nähden (F = qv×B), joten se voi muuttaa hiukkasen suuntaa mutta ei koskaan sen nopeutta. Selitä, miksi pelkkä magneettikenttä ei voi koskaan nopeuttaa tai hidastaa varautunutta hiukkasta, vain ohjata sitä.
• Kohtisuorassa tasaisessa magneettikentässä liikkuva varautunut hiukkanen kulkee ympyrää, koska magneettivoima osoittaa aina ympyrän keskustaan. Selitä kaavalla F = qvB, miksi nopeampi hiukkanen samassa kentässä piirtää suuremman ympyrän.

• AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
• AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 12: Magnetic Fields and Electromagnetism
• IB Physics — D.3 Motion in electromagnetic fields
• General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
• NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields

1. Tervetuloa qv×B-kenttään
2. Valitse koelataus
3. Paina Toista
4. Voima liikkuvaan varaukseen
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 →

Lorentz-voima