חלקיקטעון בחשמל שלילי חווה כוח חשמלי הפוך לכיוון השדה. כיוון השדה מוגדר באמצעות מטען בדיקה חיובי.
בנה את המודל
אינטנסיביות שדה חשמלי היא כוח ליחידת מטען בדיקה חיובי.
מטענים זהים דוחים ואינו מטענים מושכים זה את זה.
קווי שדה מצביעים החוצה ממטענים חיוביים ופונים למטענים שליליים.
קווים צפופים מייצגים שדה חזק יותר בתוך דיאגרמה שמורטת באופן עקבי.
אינטנסיביות שדה חשמלי: כוח חשמלי ליחידת מטען בדיקה חיובי.
מטען בדיקה: מטען קטן המשמש לחקור שדה חשמלי.
קווי השדה עוברים מחיובי לשלילי; בין לוחות מקבילים הם מרווחים באופן שווה, ולכן השדה אחיד
בחר עדויות שיכולות לבחון אותו
בשדה אחיד בין לוחות מקבילים אידיאליים, E = V/d, מחוץ להשפעות הקצה.
הכוח הוא F = qE, ולכן כיוונו מתהפך עבור מטען שלילי.
כוח קולון בין מטעני נקודה אידיאליים יורד עם ריבוע המרחק.
במעבדה: שרטט פולריות לוחות מסומנות, חיצוני שדה ומטען לפני החישוב. המר את ההפרש למטרים. בבית הספר, השתמש במחלקות סימולציה או בדגמי אלקטרוסטטיקה מאושרים בעלי מתח נמוך במקום ציוד מתח גבוה חשוף.
עבוד מכמויות ידועות
נתונים: הפרש הפוטנציאל בין הלוחות הוא 120 V וההפרש הוא 0.020 m.
E = V/d = 6,000 V/m.
מטען +2.0 מיקרו-קולון חווה כוח F = qE = 0.012 N לאורך השדה; מטען −2.0 מיקרו-קולון חווה אותו גודל בכיוון הפוך.
תורך: השתמש ב-E = V/d. מצא את E עבור 100 V על פני 0.025 m.
בדוק את המסקנה ואת הגבולות שלה
עוצמת השדה היא וקטור.
הפרש הפוטנציאל הוא אנרגיה ליחידת מטען ואינו אותו גודל.
איור קווי שדה הוא מודל, ולא סדרת חוטים פיזיים.
לא נכון: כל חלקיק טעון חווה כוח לאורך כיוון השדה החשמלי. כיוון השדה מוגדר על ידי הכוח על מטען חיובי. חלקיק שלילי מרגיש כוח הפוך לשדה, ולכן כיוון השדה אינו כיוון הכוח לכל חלקיק.
מפת מושגים:
עוצמת השדה החשמלי היא כוח ליחידת מטען בדיקה חיובי.
בשדה אחיד בין לוחות מקבילים אידיאליים, E = V/d, מחוץ להשפעות הקצה.
שימו לב: עוצמת השדה היא וקטור.
כתוב מתוך שדה של 3000 וולט למטר
הבדל פוטנציאלים של 60 וולט נמצא בין שני נקודות המרוחקות 0.020 מטר זו מזו.
מצא את עוצמת השדה החשמלי. מטען שלילי מרגיש כוח הפוך.
כתוב מרווח אנרגטי של 3.2 כפול עשר בדרגת מינוס 17 ג'ול
פרוטון (מטען 1.6 × 10⁻¹⁹ C) מאיץ דרך 200 V.
אנרגיה = qV = 3.2 × 10⁻¹⁷ J = 200 eV — הוולט הוא אנרגיה ליחידת מטען, ולכן פערי מתח של 200 V מעניקים לפרוטון בדיוק 200 eV.
כתוב ממסלול שבו העבודה היא אפס
מטען נע לאורך פני שווה-פוטנציאל.
ΔV = 0, ולכן השינוי באנרגיה qΔV = 0 — השדה אינו מבצע עבודה; תנועה מאונכת לקווי השדה אינה משנה דבר.
כתוב מזוג כוחות בשדה אחד
בין לוחות עם E = 6,000 V למטר, מטענים של +2.0 ו-−2.0 מיקרוקולון יושבים ברצף.
כל אחד מרגיש כוח בגודל 0.012 N — אותו גודל, בכיוונים מנוגדים: השדה פועל על המטען, לעולם עבורו.
כתוב משדה בין לוחות
לוחות מקבילים 0.040 מטר זה מזה נושאים הפרשי פוטנציאל של 160 V.
E = V ÷ d = 4,000 V למטר, אחיד בין הלוחות — השדה שמרגיש מטען בכל מקום בפער.
חקור
Same field, opposite forces
120 V across 20 mm gives 6,000 V/m. Compare +2 and −2 μC probes: the force magnitude is 0.012 N, while its direction depends on the charge sign.
נושאים נוספים בIB Diploma Programme · IB Diploma · Physics · SL
