Elektromagnetizem
Polje črtnega naboja
Črtni naboj ustvari valjno simetrično polje; preizkusi puščice E nad in pod črto.
Polje črtnega naboja — interaktivna simulacija Elektromagnetizem. Črtni naboj ustvari valjno simetrično polje; preizkusi puščice E nad in pod črto. Brezplačen virtualni fizikalni laboratorij v brskalniku z živimi meritvami SI in vodenim vodnikom.
Polje črtnega naboja
Črtni naboj ustvari valjno simetrično polje; preizkusi puščice E nad in pod črto.
Enakomeren črtni naboj λ ustvari valjno simetrično električno polje E ∝ λ/r, pravokotno na črto. Statičen črtni naboj nima toka, zato B = 0 — na preizkusni naboj deluje samo električna sila F_E = qE (prikazana kot rumena puščica F_E). Primerjaj |E| nad in pod črto v plošči Lastnosti; prepolovitev razdalje podvoji polje.
- E ∝ λ/r (valjno)
- F = qE
Oris preiskave
Načrtuj vprašanje, preden odpreš laboratorij
Oris zrcali predizrisano stran: vodilno vprašanje, tekmujoča predvidevanja, vloge spremenljivk, vodilni zakoni, priprava, analiza in pozivi k razširitvi ostanejo vidni in v tem vrstnem redu.
Vodilno vprašanje
Končna ravna palica nosi naboj, enakomerno razporejen po dolžini. Na pravokotnici središča, ali polje črte naboja sledi istemu zakonu 1/r² kot točkovni naboj?
Predvidevanja za pretehtanje
- Da — od dovolj daleč videti še vedno kot točkovni naboj.
- Polje ni odvisno od razdalje od razširjene porazdelitve naboja.
- Ne — končna črta naboja ima svojo, bolj zapleteno odvisnost od razdalje, ne preprost zakon 1/r².
Vloge spremenljivk
Kaj nastaviš:
- Pravokotna razdalja d (m)
Kaj izmeriš:
- Jakost polja E_y (N/C)
Kako poteka preiskava
- Odpri prednastavitev line-charge in pritisni Ponastavi. Palica nosi linearno gostoto naboja 2 nC/m po dolžini 4,8 m.
- Omogoči odčitek jakosti polja na pravokotnici središča.
- Nastavi pravokotno razdaljo od središča palice za vsak poskus in zabeleži jakost polja.
Vodilna enačba
Polje končne nabite črte (na pravokotnici) — E = k·q/r²
Integracija Coulombovega zakona vzdolž enakomerno nabite palice da polje na pravokotnici središča, ki interpolira med pojemanje 1/d neskončne črte (od blizu) in pojemanje 1/d² točkovnega naboja (od daleč).
Kaj natisnjivi delovni list od učencev zahteva izračunati
- Za en poskus izračunaj E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) s k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Primerjaj s tabelo.
- Razloži, zakaj polje končne črte naboja ne reducira na čist potenčni zakon, kot 1/r² — odvisno je od razdalje d in polovične dolžine palice skozi kombinacijo √(L_half² + d²).
Kje se to pokaže onkraj laboratorija
- Ko razdalja d postane zelo majhna glede na dolžino palice, formula teži k E ≈ −2kλ/d (klasični rezultat „neskončne črte naboja“, ki pada kot 1/d, ne 1/d²). Z svojo formulo razloži, zakaj se končna palica obnaša kot neskončna, ko si ji blizu.
- Ko razdalja d postane zelo velika glede na dolžino palice, formula bi se morala približati rezultatu točkovnega naboja E ≈ kQ_total/d² (s Q_total = λ·2L_half). Fizikalno razloži, zakaj razširjena porazdelitev naboja od dovolj daleč videti kot točkovni naboj.
- 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
- Dobrodošli pri črtnem naboju
- Izberi preizkusni naboj
- Pritisni Predvajaj
- Polje črtnega naboja
- Odpri ploščo Lastnosti
- Uspelo ti je!
Odpri interaktivno simulacijo, zgradi prizor, pritisni Predvajaj in raziskuj z živimi meritvami in vodenim vodnikom.
Odpri interaktivni laboratorij →