Elektromagnetizam
Polje linijskog naboja
Linijski naboj stvara cilindrično simetrično polje; ispitaj strelice E iznad i ispod linije.
Polje linijskog naboja — interaktivna simulacija: Elektromagnetizam. Linijski naboj stvara cilindrično simetrično polje; ispitaj strelice E iznad i ispod linije. Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Polje linijskog naboja
Linijski naboj stvara cilindrično simetrično polje; ispitaj E strelice iznad i ispod linije.
Uniformni linijski naboj λ proizvodi cilindrično simetrično električno polje E ∝ λ/r okomito na liniju. Statički linijski naboj nema struju, pa je B = 0 — na probni naboj djeluje samo električna sila F_E = qE (prikazana kao žuta strelica F_E). Usporedi |E| iznad i ispod linije u ploči Svojstva; prepolovljenje udaljenosti udvostručuje polje.
- E ∝ λ/r (cilindrično)
- F = qE
Sažetak istraživanja
Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij
Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.
Središnje pitanje
Konačni ravni štap nosi naboj ravnomjerno raspoređen duž duljine. Na okomitoj simetrali, slijedi li polje linijskog naboja isti zakon 1/r² kao točkasti naboj?
Predviđanja za odvagnuti
- Da — iz dovoljne daljine, još izgleda kao točkasti naboj.
- Polje ne ovisi o udaljenosti od proširene raspodjele naboja.
- Ne — konačna linija naboja ima vlastitu, složeniju ovisnost o udaljenosti, ne jednostavan zakon 1/r².
Uloge varijabli
Što postavljaš:
- Okomita udaljenost d (m)
Što mjeriš:
- Jakost polja E_y (N/C)
Kako istraživanje teče
- Otvori postav line-charge i pritisni Resetiraj. Štap nosi linearnu gustoću naboja od 2 nC/m preko duljine od 4.8 m.
- Omogući očitanje jakosti polja na okomitoj osi.
- Postavi okomitu udaljenost od središta štapa za svaki pokušaj i zabilježi jakost polja.
Odgovarajuća jednadžba
Polje konačne nabijene linije (na osi) — E = k·q/r²
Integracija Coulombovog zakona duž ravnomjerno nabijenog štapa daje polje na okomitoj osi koje interpolira između opadanja 1/d beskonačne linije (izbliza) i opadanja 1/d² točkastog naboja (izdaleka).
Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade
- Za jedan pokušaj izračunaj E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) koristeći k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Usporedi s tablicom.
- Objasni zašto se polje konačne linijske naboja ne svodi na čist zakon potencije poput 1/r² — ovisi i o udaljenosti d i o polu-duljini štapa kroz kombinaciju √(L_half² + d²).
Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija
- Kad udaljenost d postane vrlo mala u usporedbi s duljinom štapa, formula prelazi u E ≈ −2kλ/d (klasični rezultat „beskonačne linije naboja“, koji pada kao 1/d, ne 1/d²). Objasni, koristeći svoju formulu, zašto se konačni štap ponaša kao beskonačan kad si mu blizu.
- Kad udaljenost d postane vrlo velika u usporedbi s duljinom štapa, formula treba prijeći u rezultat točkastog naboja E ≈ kQ_total/d² (s Q_total = λ·2L_half). Objasni fizikalno zašto proširena raspodjela naboja iz dovoljne daljine izgleda kao točkasti naboj.
- 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
- Dobro došli u linijski naboj
- Odaberi probni naboj
- Pritisni Pokreni
- Polje linijskog naboja
- Otvori ploču Svojstva
- Uspjelo ti je!
Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Otvori interaktivni laboratorij →