กฎของคูลอมบ์ สนามรอบประจุจุด

1 · ทำนาย

ประจุจุดหนึ่งตัวอยู่โดดเดี่ยวในอวกาศ ถ้าเลื่อนจุดทดสอบออกไปไกลสองเท่า ความเข้มสนามไฟฟ้าลดลงเท่าใด

• สนามเหลือ 1/4 — ลดตามกำลังสองของระยะ
• สนามเหลือ 1/2 — ลดเชิงเส้นตามระยะ
• สนามคงเดิมไม่ว่าระยะใด

2 · จัดเตรียม

1. เปิดพรีเซ็ท single-charge แล้วกดรีเซ็ต ประจุต้นทางคงที่ที่ q = 5 nC
2. เปิดค่าแสดงความเข้มสนามที่จุดทดสอบ
3. ตั้งระยะจุดทดสอบจากประจุในแต่ละรอบแล้วบันทึกความเข้มสนาม

3 · เก็บข้อมูล

พล็อตความเข้มสนาม E (แกน y) กับ 1/r² (แกน x) จากสามรอบการทดลอง เส้นตรงผ่านจุดกำเนิดหรือไม่

4 · วิเคราะห์

1. สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ E = kq/r² โดยใช้ k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC เทียบกับตาราง
2. ใช้กฎผกผันกับกำลังสองอธิบายว่าเหตุใดการเพิ่มระยะสองเทศจึงทำความเข้มสนามเหลือหนึ่งในสี่ ไม่ใช่ครึ่งหนึ่ง

5 · ต่อยอด

1. คอลัมน์ศักย์ (V = kq/r) ของคุณลดลงช้ากว่าสนาม (1/r แทนที่จะเป็น 1/r²) จงอธิบายว่าทำไมศักย์กับสนามจึงมีการขึ้นกับระยะที่ต่างกัน แม้ทั้งคู่มาจากประจุต้นทางเดียวกัน
2. กฎของคูลอมบ์ E = kq/r² มีรูปแบบทางคณิตศาสตร์เหมือนสนามโน้มถ่วงของนิวตัน g = GM/r² พอดี ทำไมแรงสองชนิดที่ต่างกันสิ้นเชิง (ไฟฟ้ากับโน้มถ่วง) จึงมีโครงสร้างผกผันกำลังสองเหมือนกัน

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง