전자기학
선전하 장
선 전하는 원통대칭 전기장을 만듭니다; 선 위아래의 E 화살을 시험하십시오.
선전하 장 — 인터랙티브 전자기학 시뮬레이션. 선 전하는 원통대칭 전기장을 만듭니다; 선 위아래의 E 화살을 시험하십시오. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
선전하 전기장
선전하는 원통 대칭 전기장을 만듭니다. 선 위·아래의 E 화살표를 확인하세요.
균일 선전하 λ는 선에 수직인 원통 대칭 전기장 E ∝ λ/r을 만듭니다. 정지한 선전하에는 전류가 없으므로 B = 0이며, 검사 전하에는 전기력 F_E = qE만 작용합니다(노란색 F_E 화살표). 속성 패널에서 선 위·아래의 |E|를 비교해 보세요. 거리를 절반으로 줄이면 전기장은 두 배가 됩니다.
- E ∝ λ/r (원통 대칭)
- F = qE
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
유한 직선 막대는 길이를 따라 균일하게 분산된 전하를 운반합니다. 수직이등분선에서 전하선의 장은 점전하와 동일한 1/r² 법칙을 따르나요?
검토할 예측
- 그렇습니다. 멀리서 보면 여전히 포인트 요금처럼 보입니다.
- 이 필드는 확장된 전하 분포로부터의 거리에 의존하지 않습니다.
- 아니요. 유한 전하선은 단순한 1/r² 법칙이 아니라 자체적으로 더 복잡한 거리 의존성을 갖습니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 수직 거리 d (m)
측정하는 것:
- 전계 강도 E_y (N/C)
실험 진행 방법
- line-charge 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 막대는 4.8m 길이에 걸쳐 2nC/m의 선형 전하 밀도를 전달합니다.
- 수직이등분선 위의 전기장 세기 표시를 활성화하세요.
- 각 시행마다 막대의 중간점으로부터 수직 거리를 설정하고 전계 강도를 기록합니다.
지배방정식
유한 충전선의 장(이등분선) — E = k·q/r²
균일하게 전하를 띤 막대를 따라 쿨롱의 법칙을 통합하면 무한 선의 1/d 감쇠(가까운)와 점 전하의 1/d² 감쇠(멀리) 사이를 보간하는 수직 이등분선에 필드가 제공됩니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 한 번의 시행에 대해 k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m을 사용하여 E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²))를 계산합니다. 표와 비교해 보세요.
- 유한한 전하선의 전기장이 1/r²과 같은 단순한 거듭제곱 법칙으로 줄어들지 않는 이유를 설명하세요 — 이는 거리 d와 막대의 절반 길이가 결합된 √(L_half² + d²) 형태에 함께 의존합니다.
실험 밖에서의 활용
- 거리 d가 막대의 길이에 비해 매우 작아짐에 따라 공식은 E ≒ −2kλ/d에 접근합니다(고전적인 '무한 전하선' 결과, 1/d²가 아닌 1/d로 떨어짐). 유한 막대가 가까이 있을 때 무한 막대처럼 행동하는 이유를 공식을 사용하여 설명하십시오.
- 막대의 길이에 비해 거리 d가 매우 커지므로 공식은 point-charge 결과 E ≒ kQ_total/d²(Q_total = λ·2L_half)에 접근해야 합니다. 확장된 전하 분포가 충분히 멀리서 점 전하처럼 보이는 이유를 물리적으로 설명하십시오.
- 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
- 선전하에 오신 것을 환영합니다
- 시험 전하 선택
- 재생을 누르세요
- 선전하의 전기장
- 검사기 열기
- 잘 하셨습니다!
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.