برخی از چیزهایی که فیزیکدانان مطالعه سخت تر برای اندازه گیری بیش از دیگران است. اگر شما به دنبال در شتاب یک جسم در حال سقوط آن را بسیار آسان است. فقط یک توپ و رها کردن آن—اندازه گیری ارتفاع و زمان و شما می توانید برخی از اطلاعات. شما حتی می توانید اندازه گیری میدان گرانشی بدون مشکل بیش از حد.

اما آنچه در مورد رشته برق? چگونه شما را اندازه گیری آن ؟ آن را به عنوان ساده نیست اما وجود دارد چیزی است که شما می توانید انجام دهید. ایده این است به استفاده از یک ورق الکتریکی انجام مقاله به مرتب کردن بر اساس نقشه این زمینه است. آن را بیشتر به کار می کند اما برخی از مشکلات. بنابراین اجازه دهید این از همه چیز.

آنچه که در یک میدان الکتریکی?

به درک آنچه یک میدان الکتریکی است, آن کمک می کند تا برای شروع با مشابه ایده از یک میدان گرانشی. تصور کنید که شما در حال برگزاری یک توپ با برخی از جرم (m). وجود دارد رو به پایین نیروی گرانشی (F) بر روی این توپ که برابر است با جرم آن بار ثابت gکه در آن g = 9.8 نیوتن در هر کیلوگرم بود.

اگر توپ به جرم 1 کیلوگرم از نیروی گرانشی خواهد بود 9.8 newtons. اگر شما جایگزین شده است که با جمعی از 10 کیلوگرم به نیروی گرانشی خواهد بود 98 نیوتن. آنچه باقی می ماند همان برای این دو توده ها ؟ ثابت g—تماس با ما این میدان گرانشی است. آن را اساسا نیروی هر واحد جرم در نزدیکی سطح زمین:

g equals F over m
تصویر: Rhett Allain

در حال حاضر اجازه دهید چیزی مشابه با برخی از بارهای الکتریکی. یک بار الکتریکی می تواند یک ذره مانند یک پروتون یا الکترون یا آن را می تواند یک شی با صفر net شارژ—مانند یک جوراب هنگامی که آن بیرون می آید از خشک کن. اگر چه برقی تعامل بین دو اتهام است که معمولا بسیار قوی تر از نیروی گرانشی شما به طور معمول آن را متوجه نمی دلیل وجود همین تعداد مثبت و منفی به بیشتر انصراف از تعامل.

پس چه در مورد کسانی که جوراب در خشک کن ؟ بله دو جوراب شارژ می شود و ارتباط برقرار کردن با هر یک از دیگر, اما, جوراب بیش از حد بزرگ هستند مفید در اینجا. چه می شود اگر شما می تواند یک نقطه-مانند شارژ خود را ؟ یک نقطه شارژ آنقدر کوچک است که اندازه حتی مهم نیست. یک الکترون و یک مثال کامل است. فرض کنید که یک مسئول 1 کولن (که بزرگ است اما نگران نباشید در مورد آن در حال حاضر). اگر این اتهام تجربه نیروی الکتریکی 1 نیوتن و سپس ما می گویند این است که در این منطقه از یک میدان الکتریکی. ارزش این میدان الکتریکی محاسبه می شود به عنوان:

Electric field equals F over q
تصویر: Rhett Allain

در این بیان بردار E است که میدان الکتریکی F است که نیروی الکتریکی و q است که شارژ الکتریکی است. درست مثل میدان گرانشی نیروی هر واحد جرم میدان الکتریکی است که نیروی هر واحد شارژ. بنابراین میدان الکتریکی به ما می دهد یک راه برای توصیف “منطقه برق نفوذ” در اطراف یک مسئول یا مسئول توزیع. به من اعتماد کن این مسائل مفید است!

پتانسیل الکتریکی

بیایید در نظر گرفتن تغییر در پتانسیل الکتریکی. بهترین راه برای فکر کردن در مورد انرژی پتانسیل است به بازگشت به ما قیاس با گرانش. اگر شما را که 1 کیلوگرم توپ و بلند آن تا 1 متر در آن طول می کشد کار (9.8 ژول ارزش به طور دقیق). این افزایش انرژی پتانسیل گرانشی توپ.

همان چیزی که می تواند انجام شود با یک میدان الکتریکی و نیروی الکتریکی. به جای رفتن به یک اشتقاق (که شامل کار-انرژی اصل) من فقط رفتن به آن را تعریف. اگر شما یک ثابت رشته برق و سپس تغییر در پتانسیل الکتریکی خواهد بود:

change in V equals negative E times s
تصویر: Rhett Allain

در این بیان ΔV است تغییر در پتانسیل الکتریکی, الکترونیکی است که بزرگی میدان الکتریکی و s فاصله بیش از آن شما حرکت می کند. این است که در واقع تغییر در پتانسیل الکتریکی انرژی در هر واحد شارژ اما ما اغلب تنبل هستند و فقط آن را “بالقوه” یا “ولتاژ” پس از آن اندازه گیری شده در واحد ولت است. هر آنچه که شما آن را تماس, فقط فراموش نکنید که شما همیشه در برخورد با یک تغییر در پتانسیل.

یک چیز نهایی. اگر شما می دانید که چگونه پتانسیل الکتریکی در حال تغییر است و در فضایی که شما می توانید پیدا کردن میدان الکتریکی با رابطه زیر:

E of x equals change in v over change in x
تصویر: Rhett Allain

این می گوید که x مولفه های میدان الکتریکی (به عنوان مثال در x جهت) بستگی دارد در راه تغییرات پتانسیل الکتریکی با محل. اگر شما نقل مکان کرد و در y جهت به جای آن شما خواهد بود قادر به شکل y مولفه های میدان الکتریکی. به یاد داشته باشید که میدان الکتریکی هنوز هم بردار. یک ارزش نمی دهد داستان کامل.

اما در اینجا چیزی نیست. شما واقعا نمی تواند اندازه گیری میدان الکتریکی مستقیم—اما شما می توانید اندازه گیری الکتریکی, اختلاف پتانسیل. این چیزی است که یک ولت متر می کند. بنابراین اجازه دهید انجام یک آزمایش و ایجاد برخی از اندازه گیری. در انجام این کار من فکر می کنم شما می توانید درک بهتری از رابطه بین الکتریکی اختلاف پتانسیل و میدان الکتریکی.

یک آزمایش کلاسیک

در اینجا راه اندازی. آن را با استفاده از این الکتریکی انجام مقاله با برخی از خطوط کشیده شده در انجام جوهر (دو نقره خطوط در تصویر می بینید) به نمایندگی از شارژ الکتریکی صفحات. (آنها فقط خطوط به دلیل آن را دو بعدی کاغذ—من می خواستم 3D کاغذ بود اما در پشت سفارش).

conducting paper
تصویر: Rhett Allain

این دستگاه در سمت چپ با رنگ قرمز در کابل یک منبع تغذیه. آن در اصل مانند یک متغیر باتری—در این مورد آن را به 6 ولت است. من مثبت خروجی رفتن به انجام صفحه در سمت راست از روی کاغذ و منفی به یک در سمت چپ. این دو صفحه دارای یک پتانسیل الکتریکی اختلاف 6 ولت است.

این دستگاه در سمت راست با کابل سیاه و سفید است, ولت متر (از لحاظ فنی آن را به یک مولتی متر از آن اقدامات بیش از فقط پتانسیل الکتریکی). توجه کنید که شما نیاز به دو سیم برای اندازه گیری تغییر در پتانسیل الکتریکی. من می توانید با قرار دادن یکی از این سیم در منفی انجام بشقاب و دیگر می توانید به مکان های مختلف بر روی کاغذ. که راه من می تواند اندازه گیری الکتریکی, پتانسیل الکتریکی در آن نقطه با توجه به منفی بشقاب.

(فقط سریع نظر. هنگامی که شما محاسبه نظری پتانسیل الکتریکی آن مشترک به انجام این کار با توجه به یک نقطه در بی نهایت. اما من کابل نیست که کاملا بلند, بنابراین من فقط با استفاده از پلیت منفی به عنوان نقطه مرجع.)

اجازه دهید برخی از داده ها! از آنجا که انجام مقاله علائم هر سانتی متر من فقط می تواند حرکت مثبت بخشی از ولت متر به نقاط مختلف و ثبت ولتاژ ارزش ها و مکان های با استفاده از (x, y) مختصات. از این که من را می توانید در زیر نقشه برجسته:

که در واقع بسیار عالی است. اما به چه معنی است ؟ این خطوط مشابه خطوط بر روی یک نقشه توپوگرافی. برای topo نقشه هر خط شامل یک دسته از نقاط که در همان ارتفاع (بالای برخی از نقطه ثابت—شاید سطح دریا). به طور مشابه خطوط پتانسیل الکتریکی طرح ساخته شده از یک دسته از نقاط در همان پتانسیل الکتریکی (با توجه به منفی صفحه). ما به این هم پتاسیل خطوط.

در این بالقوه طرح دو اجرای صفحات در بالا و پایین نمودار. شما می توانید ببینید که در حال حرکت به موازات انجام این صفحات است و عمدتا در حال حرکت در امتداد هم پتاسیل خط. به دنبال این خطوط می تواند به شما یک ایده در مورد میدان الکتریکی در این منطقه است. شاید بهترین راه برای درک آن است که به فکر می کنم از آن را مانند یک نقشه توپوگرافی. که این تپه با خط بالا در 6 “متر” (به جای ولت) و خط پایین در حدود 0 متر است. از آنجا که خطوط کانتور نسبتا به طور مساوی فاصله آن عمدتا مستقیم سراشیبی. از نظر الکتریکی زمینه این امر را ثابت میدان الکتریکی اشاره “در سراشیبی.”

اما چگونه در مورد یک مقدار عددی برای میدان الکتریکی بین این صفحات انجام? اگر من فقط به راست پایین وسط از یک صفحه به دیگری من می تواند پتانسیل الکتریکی مقادیر متفاوت y ارزش. در اینجا آنچه که به نظر می رسد مانند:

به یاد داشته باشید رابطه بین میدان الکتریکی و پتانسیل. میدان الکتریکی است منفی تغییر در پتانسیل تقسیم بر تغییر در موقعیت. اگر شما طرح بالقوه در مقابل موقعیت این همان شیب. توجه کنید که طرح فوق یک تابع خطی. این به این معنی شیب و در نتیجه میدان الکتریکی ثابت است. از شیب من ثابت میدان الکتریکی 0.713 ولت به ازای هر سانتی متر (0.00713 V/m). اوه 1 V/m همان است که نیوتن در هر کولن. هر دو معادل واحد میدان الکتریکی.

اما صبر کنید! میدان الکتریکی مربوط به نیروی الکتریکی و این بدان معناست که باید آن را بردار. ارزش محاسبه شده در بالا است از شیب پس از آن فقط یک مقدار عددی. به خوبی وجود دارد را حل آسان برای که. پس از من رسم بالقوه با توجه به y موقعیت این به من می دهد y مولفه های میدان الکتریکی. برای پیدا کردن x جزء من هم می خواهم نیاز به طرح پتانسیل الکتریکی در این جهت است.

اما در این مورد پتانسیل واقعا نیست تغییر زیادی در x جهت. این بدان معنی است که x از مولفه های میدان الکتریکی صفر خواهد بود V/m. راستش این است که از چیز خوب در مورد این موازی انجام صفحات—آنها را ثابت میدان الکتریکی در یک جهت.

چرا ما نیاز به این مقاله ؟

به طوری که یک معرفی سریع به میدان الکتریکی و پتانسیل الکتریکی اختلاف. در حال حاضر برای پاسخ به یک سوال مهم است که شما بپرسید:

فرض کنید من یک 9 ولت باتری و استفاده از برخی از سیم برای اتصال ترمینال به دو موازی نوار آلومینیوم فویل جدا با فاصله 10 سانتی متر—بدون هر گونه کاغذ. می تواند من تکرار این آزمایش برای محاسبه میدان الکتریکی بین این صفحات ؟

جواب این است: هیچ. منظورم این است که آن را باید کار کند. نظریه این است که شما باید یک تغییر بالقوه در سراسر دو قطعه آلومینیوم است و تغییر در فاصله. پس شما باید دو صفحات موازی با میدان الکتریکی باید نسبتا ثابت است. اما آن را نمی خواهد کار. اگر شما خود را در ولت متر و اتصال یک پروب منفی و با قرار دادن یکی دیگر درست در وسط آن باید به عنوان خوانده شده 4.5 ولت است. به جای آن را بخوانید صفر ولت است.

مشکل این است که این ولت متر! آن را تنها نوع اقدامات تغییر در پتانسیل الکتریکی. چه آن را واقعا انجام اندازه گیری جریان الکتریکی است. اگر شما می دانید زمان رفتن را از طریق یک شناخته شده مقاومت (در داخل ولت متر) شما می توانید محاسبه تغییر در پتانسیل الکتریکی. شما نمی نیاز به یک بسیار بزرگ زمان, اما شما نیاز به یک زمان. برای دو ورق فویل آلومینیوم وجود دارد نه فقط به اندازه کافی جریان الکتریکی رفتن را از طریق هوا به اجازه ولت متر خواندن دریافت کنید.

این است که چرا ما با استفاده از الکتریکی انجام مقاله. زمانی که یک اختلاف پتانسیل اعمال شده است به دو موازی انجام صفحات الکتریکی وجود دارد زمان رفتن را از طریق این مقاله است. هنگامی که شما با قرار دادن ولتاژ پروب بر روی کاغذ آن را اندازه گیری زمان برای محاسبه ولتاژ. که چرا آن کار می کند.

البته این یک راه اندازی کامل. ما می خواهیم به کشف میدان الکتریکی بین دو صفحات موازی و ما لازم نیست که صفحات ما فقط باید خطوط به نمایندگی از صفحات. که چون کاغذ دو بعدی نه 3D مانند زندگی واقعی. برای این وضعیت می خواهم آن را یک معامله بزرگ نیست چون شما هنوز ثابت رشته برق. اما آن را نمی تواند همان 3D واقعی نقطه شارژ. و مشکل دیگری وجود دارد—edge effects. اگر شما نزدیک به لبه کاغذ با لبه تغییر جهت و قدر از زمان. این می افزاید: جالب شرط مرزی, اما آن را نیز باعث می شود آن را مانند 3D واقعی بارهای الکتریکی.

آن را یک آزمایش کلاسیک است که به شما اجازه می دهد در واقع محاسبه میدان الکتریکی—من به نوعی آن را دوست دارم.


بزرگ تر سیمی داستان
  • به این افراد دستگاه های الکترونیکی دشمن هستند
  • در پشت صحنه در گوجه فرنگی
  • کوچک سلول های مغز است که اتصال ما سلامت روانی و جسمانی
  • چگونه برای دریافت بیشتر از گوشی های هوشمند خود را رمزگذاری
  • ونکوور می خواهد برای جلوگیری از سایر شهرستانها’ اشتباه با Uber و Lyft
  • هجوم سرگیجه به تصرف آنتن از یک هواپیما فوق سبک
  • 👁 تاریخچه راز از صورت به رسمیت شناختن. به علاوه آخرین اخبار در مورد هوش مصنوعی
  • ✨ خود را بهینه سازی صفحه اصلی زندگی ما با دنده تیم بهترین میدارد از ربات خلاء به قیمت مناسب تشک هوشمند بلندگو

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im