Galīgas lādiņa līnijas lauks

1 · Prognozē

Galīga taisna stienis nes lādiņu, izkliedētu vienmērīgi gar tā garumu. Uz perpendikulārās bisektrises, vai lauks no lādiņa līnijas seko tam pašam 1/r² likumam kā punkta lādiņš?

• Jā — no pietiekami tāli tas joprojām izskatās kā punkta lādiņš.
• Lauks nav atkarīgs no attāluma no izstieptas lādiņa sadalījuma.
• Nē — galīgai lādiņa līnijai ir sava, sarežģītāka attāluma atkarība, ne vienkāršs 1/r² likums.

2 · Iestati

1. Atver līnijas lādiņa eksperimentu un nospied Atiestatīt. Stienis nes lineāro lādiņa blīvumu 2 nC/m pāri 4.8 m garumam.
2. Ieslēdz lauka stipruma rādījumu uz perpendikulārās bisektrises.
3. Iestati perpendikulāro attālumu no stieņa viduspunkta katram mēģinājumam un ieraksti lauka stiprumu.

3 · Vāc datus

Zīmē |E_y| (y ass) pret 1/d (x ass) un atsevišķi pret 1/d² (x ass) saviem trim mēģinājumiem. Kura izskatās vairāk kā taisne šajos attālumos?

4 · Analizē

1. Vienam mēģinājumam izrēķini E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) ar k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Salīdzini ar tabulu.
2. Izskaidro, kāpēc galīgas lādiņa līnijas lauks nesamazinās līdz tīrai pakāpes sakarībai kā 1/r² — tas atkarīgs gan no attāluma d, gan stieņa puses-garuma caur kombināciju √(L_half² + d²).

5 · Paplašina

1. Attālumam d kļūstot ļoti mazam salīdzinājumā ar stieņa garumu, formula tuvojas E ≈ −2kλ/d (klasiskais „bezgala lādiņa līnijas” rezultāts, kas krīt kā 1/d, nevis 1/d²). Izskaidro, izmantojot savu formulu, kāpēc galīgais stienis uzvedas kā bezgalīgs, kad tu esi tam tuvu.
2. Attālumam d kļūstot ļoti lielam salīdzinājumā ar stieņa garumu, formulai vajadzētu tuvoties punkta lādiņa rezultātam E ≈ kQ_total/d² (ar Q_total = λ·2L_half). Izskaidro fizikāli, kāpēc izstiepts lādiņa sadalījums izskatās kā punkta lādiņš no pietiekami tāli.

← Atpakaļ pie eksperimenta

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas