Mappa del potenziale: energia per unità di carica

Un gioco di simulazione educativo. Porta una piccola carica di prova su una mappa del potenziale elettrico, ombreggiata come una collina, e prevedi il potenziale in un punto, il lavoro per salire, il lavoro lungo una curva di livello, il potenziale di due cariche e dove passa una curva di livello.

Potenziale elettricoLavoro ed energia

MAPPA DEL POTENZIALE

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Curve di livello, ogni 20 VForza elettrica FCariche positive (+)La tua previsione
Potenziale elettricoV = k·Q ÷ r, W = q·ΔV

Tempo

0.00 s

t

Distanza dalla carica più vicina

— m

r

Potenziale qui

— V

V = Σ k·Q ÷ r

Salita dalla partenza

— V

ΔV

Lavoro che hai compiuto

— nJ

W = q·ΔV

Prevedi prima di avviare

Scrivi la tua previsione per preparare la prova. Avvia resta disattivato finché non c'è una risposta.

Prevedi i potenziali e il lavoro.

Punteggio della missione—

Ogni risposta deve essere entro il 2 % (entro 0,5 nJ da 0 per un lavoro nullo): ognuna vale 100 punti. Indovinare alla prima prova aggiunge 50. Una prova conta appena inizia.

✓ Risposta giusta① Al primo colpo

Come giocare a Mappa del potenziale

  1. Scegli una prova e leggi sulla scheda le cariche e il percorso.
  2. Usa V = k·Q ÷ r per ogni carica, somma i potenziali e usa W = q·(V₂ − V₁) per il lavoro.
  3. Scrivi la tua previsione e premi Avvia. La carica di prova viene portata lungo il percorso; il suo strumento segna V e il lavoro.
  4. Confronta lo strumento, le curve di livello e il grafico con la tua previsione arancione.

Il potenziale elettrico

Il potenziale elettrico in un punto è l'energia che ogni coulomb di carica ha lì: V = U ÷ q, in volt, dove un volt è un joule al coulomb. Una carica puntiforme Q crea V = k·Q ÷ r, che cala come 1 ÷ r e non come 1 ÷ r² come il campo. Il potenziale è un numero con segno, quindi i potenziali di più cariche si sommano semplicemente: tra due cariche positive non si annullano mai, anche dove i campi lo fanno, e tra una carica + e una − dello stesso valore il potenziale a metà strada è 0, anche se lì il campo è forte. Una mappa del potenziale somiglia a una carta del rilievo: vicino a una carica positiva il terreno è alto, e le curve di livello (equipotenziali) uniscono punti allo stesso potenziale. Portare una carica q da un punto a un altro richiede un lavoro W = q·(V₂ − V₁), qualunque sia il percorso, e muoversi lungo una curva di livello non richiede lavoro, perché la forza elettrica è sempre perpendicolare alle curve di livello.

Un modello di apprendimento mirato

Le cariche fisse sono cariche puntiformi nell'aria, trattata come vuoto, con il potenziale nullo molto lontano. La carica di prova di +1 nC viene portata a ritmo costante lungo il percorso per 2 s e tenuta ferma per 1 s; è troppo piccola per spostare le altre cariche, e il suo strumento non include il suo potenziale. Il contatore di lavoro mostra q·(V ora − V alla partenza), il lavoro che compi contro la forza elettrica, qualunque sia il percorso. L'ombreggiatura va dal blu scuro a 0 V al chiaro da 300 V in su; le curve di livello sono disegnate ogni 20 V quando una prova inizia, e la freccia della forza è in una scala indicata. Le risposte entro il 2 % sono giuste; un lavoro nullo deve essere entro 0,5 nJ.

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