Sähkömagnetismi
Virran kuljettama johdin
B-nuolet kiertävät johtimen ympäri; nosta virta I ja lue B milliteslaina.
Virran kuljettama johdin – interaktiivinen Sähkömagnetismi-simulaatio. B-nuolet kiertävät johtimen ympäri; nosta virta I ja lue B milliteslaina. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Johdimen magneettikenttä
B-nuolet kiertävät johtimen ympäri; nosta virta I ja lue B milliteslaina.
Pitkä suora virtaa kantava johdin tuottaa ympyränmuotoiset B-kenttäviivat johtimen ympärille (Ampèren laki: B ∝ I/r). Oikean käden sääntö antaa suunnan: peukalo I:n suunnassa, sormet kiertyvät B:n mukana. ⊗/⊙-merkit kuvaavat kenttää kuvan taakse/kuvasta ulos. Nosta I ja lue B milliteslaina vakiomatkalla – I:n kaksinkertaistaminen kaksinkertaistaa B:n.
- B ∝ I/r
- Oikean käden sääntö
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
Suora johdin kantaa vakaata virtaa. Kun siirrät koepistettä kauemmas johtimesta, vaimeneeko magneettikentän voimakkuus samalla tavalla kuin sähkövarauksen kenttä?
Punniteltavat ennusteet
- Kyllä – se on yksinkertainen 1/r²-vaimeneminen, sama kuin pistelatauksella.
- Kenttä ei riipu etäisyydestä johtimesta.
- Ei – virran kantavan johtimen kenttä vaimenee eri tavalla kuin pistelatauksen, koska virta on laajennettu (viiva)lähde, ei piste.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Kohtisuora etäisyys d (m)
Mitä mittaat:
- Kenttävoimakkuus |B_z| (µT)
Miten tutkimus etenee
- Avaa johdinkenttä-esiasetus ja paina Nollaa. Johdin kantaa kiinteää virtaa 8 A 4.8 m:n pätkällä.
- Ota käyttöön kenttävoimakkuuden lukema.
- Aseta kohtisuora etäisyys johtimen keskipisteestä jokaiselle suoritukselle ja kirjaa kenttävoimakkuus.
Hallitseva yhtälö
Ärellisen virran kantavan johtimen kenttä — B = μ₀I/(2πr)
Biot–Savartin laki, integroituna ärellisen suoran johtimen pituudelta, antaa magneettikentän, joka kiertää johtimen ympäri ja riippuu sekä kohtisuorasta etäisyydestä että johtimen pituudesta saman interpoloivan muodon kautta kuin ärellinen varausviiva.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Yhdelle suoritukselle laske |B| = μ₀|I|L_half/(2πd√(L_half² + d²)) arvoilla μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, I = 8 A, L_half = 2.4 m. Vertaa taulukkoon.
- Vertaa tämän kaavan muotoa viivalatauskokeen sähkökenttäkaavaan. Selitä, miksi sekä ärellinen varattu sauva että ärellinen virran kantava johdin tuottavat kenttiä, joilla on sama etäisyysriippuvuus – lähellä 1/d johtimen lähellä, lähempänä 1/d² kaukana.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Ideaalistetulle äärettömälle johtimelle kenttä yksinkertaistuu klassiseksi kaavaksi B = μ₀I/(2πd) – siisti 1/d-vaimeneminen. Millä etäisyydellä tämän johtimen 4.8 m:n pituuteen verrattuna odottaisit tämän kokeen ärellisen johtimen kaavan vastaavan läheisesti sitä äärettömän johtimen approksimaatiota?
- Kompassineula, joka on lähellä virran kantavaa johdinta, poikkeaa linjautuakseen johtimen magneettikenttään. Selitä oikean käden säännön avulla, miksi kenttä kiertää johtimen ympäri osoittamisen sijaan säteittäisesti ulospäin, kuten sähkökenttä tekisi.
- AP Physics 2 — Unit 12: Magnetism and Electromagnetism
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 12: Magnetic Fields and Electromagnetism
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Electric current and magnetic fields
- Middle School Physical Science — Electric and magnetic force strength
- Middle School Physical Science — Fields without contact
- Tervetuloa johdinkenttään
- Valitse johdin
- Paina Toista
- B-kenttä johtimen ympärillä
- Avaa Ominaisuudet-paneeli
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →