Sähkömagnetismi

Yksi positiivinen lähdevaraus

Yksi positiivinen lähdevaraus tuottaa säteittäiset kenttäviivat ja käänteisen neliön mukaisen sähkökentän.

Yksi positiivinen lähdevaraus – interaktiivinen Sähkömagnetismi-simulaatio. Yksi positiivinen lähdevaraus tuottaa säteittäiset kenttäviivat ja käänteisen neliön mukaisen sähkökentän. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Coulombin laki

Katso säteittäisiä kenttäviivoja ja E-nuoliverkon erkanevan positiivisesta varauksesta.

Eristetty pistelataus tuottaa säteittäisen sähkökentän E = kq/r², joka vaimenee etäisyyden käänteisen neliön mukaan. Kenttäviivat säteilevät ulospäin + varauksista ja sisäänpäin − varauksiin. Paina Toista nähdäksesi E-nuoliverkon sykkeen; siirrä koelatausta ja lue |E| ja V Ominaisuudet-paneelissa. Coulombin työntö ja atomirakenne lähtevät kaikki tästä kuviosta.

• F = kq₁q₂/r²
• E = kq/r²

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

Yksittäinen pistelataus istuu yksin avaruudessa. Jos siirrät koepistettä kaksi kertaa kauemmas, kuinka paljon sähkökentän voimakkuus laskee?

Punniteltavat ennusteet

• Kenttä laskee arvoon 1/4 – se vaimenee etäisyyden neliön mukaan.
• Kenttä laskee arvoon 1/2 – se vaimenee lineaarisesti etäisyyden mukaan.
• Kenttä pysyy samana riippumatta etäisyydestä.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Etäisyys r (m)

Mitä mittaat:

• Potentiaali V (V)
• Kenttävoimakkuus E (N/C)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa yksittäinen varaus -esiasetus ja paina Nollaa. Lähdevaraus on kiinteä arvossa q = 5 nC.
2. Ota käyttöön kenttävoimakkuuden lukema koepisteessä.
3. Aseta koepisteen etäisyys varauksesta jokaiselle suoritukselle ja kirjaa kenttävoimakkuus.

Hallitseva yhtälö

Coulombin laki — E = k·q/r²

Pistelataus luo säteittäisen sähkökentän, joka vaimenee etäisyyden neliön mukaan: E = kq/r², jossa k = 1/(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C². Voima koelataukseen on F = qE.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske E = kq/r² arvoilla k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC. Vertaa taulukkoon.
• Selitä käänteisen neliön lain avulla, miksi etäisyyden kaksinkertaistaminen neljääntää kenttävoimakkuuden puolittamisen sijaan.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Potentiaalisarakkeesi (V = kq/r) vaimenee lempeämmin kuin kenttä (1/r arvon 1/r² sijaan). Selitä, miksi potentiaalilla ja kentällä on eri etäisyysriippuvuus, vaikka molemmat tulevat samasta lähdevarauksesta.
• Coulombin laki E = kq/r² on täsmälleen sama matemaattinen muoto kuin Newtonin gravitaatiokenttä g = GM/r². Miksi kaksi täysin erilaista voimaa (sähköinen ja gravitaationaalinen) jakaisi tämän käänteisen neliön rakenteen?

• 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 — Electric and magnetic force strength
• Middle School Physical Science — Fields without contact

1. Tervetuloa yksittäiseen varaukseen
2. Valitse varaus
3. Paina Toista
4. Voima varausten välillä
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