Elektromagnetizmas
Linijinio krūvio laukas
Linijinis krūvis kuria cilindriškai simetrišką lauką; patikrink E rodykles virš ir žemiau linijos.
Linijinio krūvio laukas — interaktyvi Elektromagnetizmas simuliacija. Linijinis krūvis kuria cilindriškai simetrišką lauką; patikrink E rodykles virš ir žemiau linijos. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Linijinio krūvio laukas
Linijinis krūvis sukuria cilindriškai simetrišką lauką; patikrink E rodykles virš ir žemiau linijos.
Vienodas linijinis krūvis λ sukuria cilindriškai simetrišką elektrinį lauką E ∝ λ/r, statmeną linijai. Statinis linijinis krūvis neturi srovės, todėl B = 0 — veikia tik elektrinė jėga F_E = qE ant bandomojo krūvio (rodoma kaip geltona F_E rodyklė). Palygink |E| virš ir žemiau linijos Savybių skydelyje; atstumą sumažinus per pusę, laukas padvigubėja.
- E ∝ λ/r (cilindrinis)
- F = qE
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Baigtinis tiesus strypas neša krūvį, tolygiai pasiskirsčiusį išilgai. Ant statmenosios simetrijos ašies, ar linijinio krūvio laukas seka tą patį 1/r² dėsnį kaip taškinis krūvis?
Svarstytini spėjimai
- Taip — iš pakankamai toli jis vis dar atrodo kaip taškinis krūvis.
- Laukas nepriklauso nuo atstumo iki išplėstinio krūvio pasiskirstymo.
- Ne — baigtinei linijai krūvio turi savo, sudėtingesnę atstumo priklausomybę, ne paprastą 1/r² dėsnį.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Statmenasis atstumas d (m)
Ką tu matauji:
- Lauko stipris E_y (N/C)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Baigtinio linijinio krūvio laukas“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Strypas neša 2 nC/m linijinį krūvio tankį per 4.8 m ilgį.
- Įjunk lauko stiprio rodmuo ant statmenosios simetrijos ašies.
- Nustatyk statmenąjį atstumą nuo strypo vidurio kiekvienam bandymui ir užsirašyk lauko stiprį.
Valdančioji lygtis
Baigtinės įelektrintos linijos laukas (ant simetrijos ašies) — E = k·q/r²
Integruodamas Kulono dėsnį išilgai tolygiai įelektrinto strypo, gauni lauką statmenojoje ašyje, interpoliuojantį tarp begalinės linijos 1/d kritimo (arti) ir taškinio krūvio 1/d² kritimo (toli).
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) naudodamas k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Palygink su lentele.
- Paaiškink, kodėl baigtinės linijos krūvio laukas nesiveda į švarų laipsnį, kaip 1/r² — jis priklauso ir nuo atstumo d, ir nuo strypo pusbūvio per kombinaciją √(L_half² + d²).
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Atstumui d tapus labai mažam, lyginant su strypo ilgiu, formulė artėja E ≈ −2kλ/d (klasikinis „begalinės linijos krūvio“ rezultatas, krintantis kaip 1/d, o ne 1/d²). Paaiškink, naudodamas savo formulę, kodėl baigtinis strypas elgiasi kaip begalinis, kai esi arti jo.
- Atstumui d tapus labai dideliam, lyginant su strypo ilgiu, formulė turėtų artėti taškinio krūvio rezultato E ≈ kQ_total/d² (su Q_total = λ·2L_half). Paaiškink fiziškai, kodėl išplėstas krūvio pasiskirstymas iš pakankamai toli atrodo kaip taškinis krūvis.
- 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
- Sveiki atvykę prie linijinio krūvio
- Pasirink bandomąjį krūvį
- Spausk Leisti
- Linijinio krūvio laukas
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →