Elektromágnesség
Vonaltöltés mezője
A vonaltöltés hengerszimmetrikus mezőt hoz létre; teszteld az E nyilakat a vonal fölött és alatt.
Vonaltöltés mezője — interaktív Elektromágnesség szimuláció. A vonaltöltés hengerszimmetrikus mezőt hoz létre; teszteld az E nyilakat a vonal fölött és alatt. Ingyenes, böngészőben futó virtuális fizikalabor élő SI-mérésekkel és vezetett tutoriallal.
Vonaltöltés mezője
A vonaltöltés hengerszimmetrikus mezőt hoz létre; teszteld az E-nyilakat a vonal fölött és alatt.
Az egységes λ vonaltöltés hengerszimmetrikus E ∝ λ/r elektromos mezőt ad, a vonalra merőlegesen. Egy álló vonaltöltésnek nincs árama, tehát B = 0 — csak az F_E = qE elektromos erő hat a vizsgálati töltésre (a sárga F_E nyílként). Hasonlítsd össze a |E|-t a vonal fölött és alatt a Tulajdonságok panelen; a távolság felezése megduplázza a mezőt.
- E ∝ λ/r (hengeres)
- F = qE
Vizsgálódási összefoglaló
Tervezd meg a kérdést, mielőtt megnyitod a labort
Az összefoglaló a előrenderelt oldalt tükrözi: vezérlő kérdés, versengő jóslatok, változószerepek, vezérlő törvények, beállítás, elemzés és bővítési feladatok láthatóak és ebben a sorrendben maradnak.
Vezérlő kérdés
Egy véges egyenes rúd a hossza mentén egyenletesen elosztott töltést hordoz. A felező merőlegesen vajon a töltésvonal tere ugyanazt az 1/r² törvényt követi-e, mint egy ponttöltés?
Mérlegelendő jóslatok
- De — elég messziről még mindig ponttöltésnek tűnik.
- A tér nem függ a kiterjedt töltéseloszlástól mért távolságtól.
- Nem — a véges töltésvonalnak saját, bonyolultabb távolságfüggése van, nem egyszerű 1/r² törvény.
Változószerepek
Amit te állítasz be:
- Merőleges távolság d (m)
Amit mérsz:
- Térerősség E_y (N/C)
Hogyan fut a vizsgálódás
- Nyisd meg a line-charge előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. A rúd 2 nC/m vonalmenti töltéssűrűséget hordoz 4.8 m hosszon.
- Engedélyezd a térerősség-kijelzőt a felező merőlegesen.
- Állítsd be a rúd középpontjától mért merőleges távolságot minden mérésnél, és rögzítsd a térerősséget.
Vezéregyenlet
Véges töltött vonal tere (a felező merőlegesen) — E = k·q/r²
A Coulomb-törvény egy egyenletesen töltött rúd mentén történő integrálása olyan teret ad a felező merőlegesen, amely a végtelen vonal 1/d esése (közelről) és a ponttöltés 1/d² esése (messziről) közt vált át.
Amit a nyomtatható munkalap megoldatnia ad a diákokkal
- Egy mérésnél számítsd ki az E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m használatával. Hasonlítsd a táblázathoz.
- Magyarázd meg, miért nem vezethető vissza egy véges töltésvonal tere tiszta hatványtörvényre, mint az 1/r² — a d távolságtól és a rúd félhosszától is függ az √(L_half² + d²) kombináción keresztül.
Hol bukkan fel ez a laboron túl
- Ahogy a d távolság nagyon kicsivé válik a rúd hosszához képest, a képlet az E ≈ −2kλ/d alakhoz közelít (a klasszikus „végtelen töltésvonal” eredménye, amely 1/d szerint esik, nem 1/d² szerint). Magyarázd meg a képleteddel, miért viselkedik a véges rúd végtelenként, amikor közel vagy hozzá.
- Ahogy a d távolság nagyon naggyá válik a rúd hosszához képest, a képletnek a ponttöltés-eredményhez, E ≈ kQ_total/d² (Q_total = λ·2L_half) kell közelítenie. Magyarázd meg fizikailag, miért tűnik egy kiterjedt töltéseloszlás elég messziről ponttöltésnek.
- 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
- Üdv a Vonaltöltésnél
- Válaszd ki a vizsgálati töltést
- Nyomd meg az Indítást
- Vonaltöltés mezője
- Nyisd meg a Tulajdonságok panelt
- Sikerült!
Nyisd meg az interaktív szimulációt a jelenet megépítéséhez, nyomd meg az Indítást, és fedezz fel élő mérésekkel és vezetett tutoriallal.