Coulomb Yasası: Bir Noktasal Yükün Çevresindeki Alan
1 · Tahmin Et
Tek noktalı bir yük uzayda tek başına durur. Bir test noktasını iki kat uzağa taşırsanız elektrik alan şiddeti ne kadar düşer?
- Alan 1/4'e düşer; mesafenin karesiyle birlikte düşer.
- Alan 1/2'ye düşer; mesafeyle doğrusal olarak düşer.
- Alan mesafeye bakılmaksızın aynı kalır.
2 · Kurulum
- Tek şarj ön ayarını açın ve Sıfırla'ya basın. Kaynak yükü q = 5 nC'de sabittir.
- Bir test noktasında alan gücü okumasını etkinleştirin.
- Her deneme için test noktasının şarja olan mesafesini ayarlayın ve alan gücünü kaydedin.
3 · Veri Toplayın
| Mesafe r (m) | Potansiyel V (V) | Alan gücü E (N/C) |
|---|---|---|
| 1.00 | ||
| 2.00 | ||
| 3.00 |
Üç deneyiniz için alan şiddeti E'yi (y ekseni) 1/r²'ye (x ekseni) göre çizin. Çizgi orijinden geçen düz bir çizgi mi?
4 · Analiz et
- Bir deneme için, k = 8.99×10⁹ N·m²/C², q = 5 nC'yi kullanarak E = kq/r²'yi hesaplayın. Tabloyla karşılaştırın.
- ters kare yasasını kullanarak, mesafeyi iki katına çıkarmanın neden alan gücünü yarıya indirmek yerine dörtte bire düşürdüğünü açıklayın.
5 · Uzat
- Potansiyel sütununuz (V = kq/r), alandan (1/r² yerine 1/r) daha yavaş düşer. Her ikisi de aynı kaynak yükünden gelmesine rağmen potansiyelin ve alanın neden farklı mesafe bağımlılığına sahip olduğunu açıklayın.
- Coulomb yasası E = kq/r², Newton'un yerçekimi alanıyla tamamen aynı matematiksel forma sahiptir g = GM/r². Bu ters kare yapısını neden tamamen farklı iki kuvvet (elektrik ve yerçekimi) paylaşıyor olabilir?
Bu Deneyin Arkasındaki Fizik
Coulomb Yasası
Bir nokta yük, mesafenin karesiyle düşen radyal bir elektrik alanı yaratır: E = kq/r², burada k = 1 /(4πε₀) ≈ 8.99×10⁹ N·m²/C². Bir test yüküne etki eden kuvvet F = qE'dir.