Elektromagnetism
Linjeladdningsfält
Linjladdningen skapar ett cylindriskt symmetriskt fält; testa E-pilarna ovanför och under linjen.
Linjeladdningsfält — interaktiv Elektromagnetism-simulering. Linjladdningen skapar ett cylindriskt symmetriskt fält; testa E-pilarna ovanför och under linjen. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.
Linjeladdningsfält
Linjeladdningen skapar ett cylindriskt symmetriskt fält; testa E-pilarna ovanför och under linjen.
En uniform linjeladdning λ ger ett cylindriskt symmetriskt elektriskt fält E ∝ λ/r vinkelrätt mot linjen. En statisk linjeladdning har ingen ström, så B = 0 — endast den elektriska kraften F_E = qE verkar på en testladdning (visad som den gula F_E-pilen). Jämför |E| ovanför och under linjen i panelen Egenskaper; halverat avstånd fördubblar fältet.
- E ∝ λ/r (cylindrisk)
- F = qE
Undersökningsblad
Planera frågan innan du öppnar labbet
Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.
Drivande fråga
En ändlig rak stav bär laddning jämnt utspridd längs sin längd. På mittnormalen, följer fältet från en laddad linje samma lag 1/r² som en punktladdning?
Förutsägelser att väga
- Ja — från tillräckligt långt håll ser den ändå ut som en punktladdning.
- Fältet beror inte av avståndet från en utsträckt laddningsfördelning.
- Nej — en ändlig laddad linje har ett eget, mer komplext avståndsberoende, inte en enkel lag 1/r².
Variablernas roller
Det du ställer in:
- Vinkelrätt avstånd d (m)
Det du mäter:
- Fältstyrka E_y (N/C)
Så går undersökningen till
- Öppna förinställningen Laddad linje och tryck på Återställ. Staven bär linjeladdningsdensiteten 2 nC/m över en längd av 4.8 m.
- Aktivera avläsningen av fältstyrkan på mittnormalen.
- Ställ in det vinkelräta avståndet från stavens mittpunkt för varje försök och notera fältstyrkan.
Styrande ekvation
Fältet från en ändlig laddad linje (på mittnormalen) — E = k·q/r²
Att integrera Coulombs lag längs en likformigt laddad stav ger ett fält på mittnormalen som interpolerar mellan en oändlig linjes 1/d-avtagande (på nära håll) och en punktladdnings 1/d²-avtagande (på långt håll).
Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut
- Beräkna för ett försök E_y = −2kλL_half/(d·√(L_half² + d²)) med k = 8.99×10⁹ N·m²/C², λ = 2 nC/m, L_half = 2.4 m. Jämför med tabellen.
- Förklara varför en ändlig laddad linjes fält inte reduceras till en ren potenslag som 1/r² — det beror av både avståndet d och stavens halva längd genom kombinationen √(L_half² + d²).
Var det här syns utanför labbet
- När avståndet d blir mycket litet jämfört med stavens längd närmar formeln sig E ≈ −2kλ/d (det klassiska resultatet för en 'oändlig laddad linje', som avtar som 1/d inte 1/d²). Förklara, med din formel, varför den ändliga staven uppför sig som en oändlig när du är nära den.
- När avståndet d blir mycket stort jämfört med stavens längd bör formeln närma sig punktladdningsresultatet E ≈ kQ_total/d² (med Q_total = λ·2L_half). Förklara fysikaliskt varför en utsträckt laddningsfördelning ser ut som en punktladdning från tillräckligt långt håll.
- 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
- Välkommen till Linjeladdning
- Välj testladdningen
- Tryck på Spela upp
- Fältet från en linjeladdning
- Öppna panelen Egenskaper
- Klart!
Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.