Potentialkort: energi pr. ladning

Et pædagogisk simulationsspil. Bær en lille prøveladning hen over et kort over elektrisk potential, skraveret som en bakke, og forudsig potentialet i et punkt, arbejdet for at klatre, arbejdet langs en højdekurve, potentialet fra to ladninger, og hvor en højdekurve ligger.

Elektrisk potentialArbejde og energi

POTENTIALKORT

Aflæs potentialet

Klar
Slå JavaScript til for at bære prøveladningen hen over kortet. Vejledningen og det gennemregnede eksempel kan stadig læses.
Højdekurver, hver 20 VElektrisk kraft FPositive ladninger (+)Din forudsigelse
Elektrisk potentialV = k·Q ÷ r, W = q·ΔV

Tid

0.00 s

t

Afstand til nærmeste ladning

— m

r

Potential her

— V

V = Σ k·Q ÷ r

Stigning siden start

— V

ΔV

Arbejde, du har udført

— nJ

W = q·ΔV

Forudsig, før du starter

Skriv din forudsigelse for at gøre klar. Start er slået fra, indtil der er et svar.

Forudsig potentialerne og arbejdet.

Missionspoint—

Hvert svar skal være inden for 2 % (inden for 0,5 nJ af 0 for et arbejde på 0): hvert giver 100 point. Rigtigt i første forsøg giver 50 ekstra. Et forsøg tæller, så snart det starter.

✓ Rigtigt svar① I første forsøg

Sådan spiller du Potentialkort

  1. Vælg en test, og læs ladningerne og vejen på kortet.
  2. Brug V = k·Q ÷ r for hver ladning, læg potentialerne sammen, og brug W = q·(V₂ − V₁) for arbejdet.
  3. Skriv din forudsigelse, og tryk Start. Prøveladningen bæres langs vejen; dens måler viser V og arbejdet.
  4. Sammenlign måleren, højdekurverne og grafen med din orange forudsigelse.

Elektrisk potential

Det elektriske potential i et punkt er den energi, hver coulomb ladning har dér: V = U ÷ q, i volt, hvor én volt er én joule pr. coulomb. En punktladning Q giver V = k·Q ÷ r, som aftager som 1 ÷ r og ikke som 1 ÷ r² ligesom feltet. Potential er et tal med fortegn, så potentialerne fra flere ladninger lægges ganske enkelt sammen: mellem to positive ladninger ophæver de aldrig hinanden, selv hvor felterne gør, og mellem en +- og en lige så stor −-ladning er potentialet midt imellem 0, selv om feltet dér er stærkt. Et potentialkort ligner et højdekort: nær en positiv ladning ligger terrænet højt, og højdekurver (ækvipotentialkurver) forbinder punkter med samme potential. At bære en ladning q fra ét punkt til et andet kræver arbejdet W = q·(V₂ − V₁), uanset vejen, og at gå langs en højdekurve kræver intet, fordi den elektriske kraft altid står på tværs af højdekurverne.

En afgrænset læringsmodel

De faste ladninger er punktladninger i luft, der regnes som vakuum, med potential 0 langt væk. Prøveladningen på +1 nC bæres jævnt langs vejen i 2 s og holdes i 1 s; den er for lille til at flytte de andre ladninger, og dens måler medregner ikke dens eget potential. Arbejdstælleren viser q·(V nu − V ved start), det arbejde, du udfører mod den elektriske kraft, uanset vejen. Skraveringen går fra marineblå ved 0 V til lysere fra 300 V og op; højdekurver tegnes for hver 20 V, når et forsøg starter, og kraftpilen er i en oplyst skala. Svar inden for 2 % er rigtige; et arbejde på 0 skal være inden for 0,5 nJ.

Når du skifter sprog, bevares forsøget, forudsigelsen, forsøgene og forløbet.