Elektromagnetyzm
Pole ładunku liniowego
Ładunek liniowy tworzy pole o symetrii walcowej; sprawdź strzałki E nad i pod linią.
Pole ładunku liniowego — interaktywna symulacja: Elektromagnetyzm. Ładunek liniowy tworzy pole o symetrii walcowej; sprawdź strzałki E nad i pod linią. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Pole ładunku liniowego
Ładunek liniowy tworzy pole o symetrii walcowej; sprawdź strzałki E nad i pod linią.
Jednorodny ładunek liniowy λ wytwarza cylindrycznie symetryczne pole elektryczne E ∝ λ/r prostopadłe do linii. Statyczny ładunek liniowy nie ma prądu, więc B = 0 — na ładunek próbny działa tylko siła elektryczna F_E = qE (pokazana jako żółta strzałka F_E). Porównaj |E| nad i pod linią w panelu właściwości; zmniejszenie odległości o połowę podwaja pole.
- E ∝ λ/r (cylindrycznie)
- F = qE
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Skończony prosty pręt niesie ładunek rozłożony jednostajnie wzdłuż długości. Na symetralnej prostopadłej, czy pole od linii ładunku podlega temu samemu prawu 1/r² co ładunek punktowy?
Prognozy do rozważenia
- Tak — z wystarczającej odległości nadal wygląda jak ładunek punktowy.
- Pole nie zależy od odległości od rozciągłego rozkładu ładunku.
- Nie — skończona linia ładunku ma własną, bardziej złożoną zależność odległościową, nie proste prawo 1/r².
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Odległość prostopadła d (m)
Co mierzysz:
- Natężenie pola E_y (N/C)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset ładunku liniowego i naciśnij Reset. Pręt niesie gęstość liniową ładunku 2 nC/m na długości 4.8 m.
- Włącz odczyt natężenia pola na symetralnej prostopadłej.
- Ustaw odległość prostopadłą od środka pręta dla każdej próby i zapisz natężenie pola.
Równanie rządzące
Pole skończonej naładowanej linii (na symetralnej) — E = k·q/r²
Calkowanie prawa Coulomba wzdłuż jednostajnie naładowanego pręta daje na symetralnej prostopadłej pole interpolujące między spadkiem 1/d linii nieskończonej (z bliska) a spadkiem 1/d² ładunku punktowego (z daleka).
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby oblicz E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)), używając k = 8.99×10⁹ N·m²/C²; λ = 2 nC/m; L_half = 2.4 m. Porównaj z tabelą.
- Wyjaśnij, dlaczego pole skończonej linii ładunku nie redukuje się do czystego prawa potęgowego jak 1/r² — zależy i od odległości d, i od połowy długości pręta przez połączenie √(L_half² + d²).
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Gdy odległość d staje się bardzo mała w porównaniu z długością pręta, wzór dąży do E ≈ −2kλ/d (klasyczny wynik „nieskończonej linii ładunku”, malejący jak 1/d, nie 1/d²). Wyjaśnij swoim wzorem, dlaczego skończony pręt zachowuje się jak nieskończony, gdy jesteś blisko niego.
- Gdy odległość d staje się bardzo duża w porównaniu z długością pręta, wzór powinien przechodzić w wynik dla ładunku punktowego E ≈ kQ_total/d² (gdzie Q_total = λ·2L_half). Wyjaśnij fizycznie, dlaczego rozciągły rozkład ładunku z wystarczającej odległości wygląda jak ładunek punktowy.
- 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
- Witamy w ładunku liniowym
- Zaznacz ładunek próbny
- Naciśnij Play
- Pole ładunku liniowego
- Otwórz panel Właściwości
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →