Come giocare a Mappa del potenziale
- Scegli una prova e leggi sulla scheda le cariche e il percorso.
- Usa V = k·Q ÷ r per ogni carica, somma i potenziali e usa W = q·(V₂ − V₁) per il lavoro.
- Scrivi la tua previsione e premi Avvia. La carica di prova viene portata lungo il percorso; il suo strumento segna V e il lavoro.
- 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.