Jak graficznie zilustrować pole elektryczne za pomocą linii pola?

Zapoznaj się z grafiką interaktywną, żeby zobaczyć linie pola wokół różnych układów ładunków i ciał naładowanych.

Grafika interaktywna pozwala uczniowi zapoznać się z wizualizacją linii pola wokół układów ładunków i ciał naładowanych:

  • pojedynczego ładunku dodatniego i ujemnego,

  • dwóch ładunków o jednakowej wartości bezwzględnej: o tym samym znaku i o przeciwnych znakach,

  • dwóch ładunków o różnej wartości bezwzględnej: o tym samym znaku i o przeciwnych znakach,

  • jednorodnie naładowanej kuli (dodatnio i ujemnie),

  • naładowanej sfery (dodatnio i ujemnie),

  • naładowanej płyty (dodatnio i ujemnie),

  • dwóch naładowanych płyt umieszczonych równolegle.

Zaleca się korzystanie w trybie pełnoekranowym.

RwPYUqKJLttNV
Grafika interaktywna składa się z 9 elementów oznaczonych kolejnymi cyframi. Klikając odpowiednią cyfrę, można włączyć obrazek, który zaprezentuje jak wyglądają linie pola od:
1. Pojedynczego ładunku dodatniego lub ujemnego
2. Dwóch ładunków o takiej samej wartości i znaku
3. Dwóch ładunków o takiej samej wartości i przeciwnych znakach
4. Dwóch ładunków o różnej wartości i tym samym znaku
5. Dwóch ładunków o różnej wartości i przeciwnych znakach
6. Jednorodnie naładowanej sfery
7. Jednorodnie naładowanej kuli
8. Jednorodnie naładowanej płyty
9. Dwóch jednorodnie naładowanych płyt umieszczonych równolegle.
Rysunek 1 przedstawia pole od pojedynczego ładunku dodatniego i ujemnego. Ładunki przedstawiono w postaci kół czerwonego dla dodatniego ładunku i niebieskiego dla ujemnego. Linie pola rozchodzą się od ładunku dodatniego promieniście we wszystkich kierunkach. Dla ładunku ujemnego zbiegają się przy ładunku promieniście ze wszystkich kierunków. Przykład dla ładunku dodatniego znajduje się w lewej części rysunku, dla ujemnego w prawej. Rysunek 2 przedstawia pole od układu dwóch ładunków ujemnych i niezależnie od dwóch ładunków dodatnich. Ładunki leżą poziomo w linii. Ładunki przedstawiono w postaci kół czerwonego dla dodatniego ładunku i niebieskiego dla ujemnego. W górnej części rysunku przedstawiono pole dla układu ładunków ujemnych linie pola odginają się na zewnątrz, tak, że żadna linia nie łączy ze sobą ładunków. Pole jest skierowane do ładunków. W dolnej części rysunku przedstawiono pole dla układu ładunków dodatnich. Jest ono podobne, tylko pole skierowane jest od ładunków. W górnej części rysunku 3 przedstawiono linie pola elektrycznego od dwóch ładunków, dodatniego i ujemnego, ustawionych poziomo w linii. Są one od siebie nieco oddalone. Ładunek dodatni przedstawiony jest za pomocą czerwonego koła ze znakiem plus w środku i znajduje się w prawej części rysunku. Ładunek ujemny jest przedstawiony za pomocą niebieskiego koła ze znakiem minus i znajduje się w lewej części rysunku. Pomiędzy ładunkami, za pomocą cienkich czarnych linii ze strzałkami, narysowano linie pola elektrycznego. Są one skierowane od ładunku dodatniego i biegną do ładunku ujemnego. Linie wychodzą z różnych punktów na obwodzie czerwonego koła i trafiają do punktów umieszczonych symetrycznie na drugim kole, np. linia wychodząca z punktu na godzinie 9 trafia w drugim kole w punkt na godzinie 3, linia wychodząca na godzinie 10 trafia w punkt na godzinie 2 i tak dalej. Linie tworzą łuki. W dolnej części rysunku przedstawiono sytuację, gdy ładunek dodatni jest po lewej, a ujemny po prawej stronie. Jedyna różnica to zwrot linii pola, gdyż linie zawsze skierowane są od ładunku ujemnego do dodatniego. W górnej części rysunku 4 pokazano linie pola od układu dwóch, umieszczonych poziomo w linii, ładunków dodatnich o różnej wartości. Ładunek mniejszy znajduje się po lewej, większy po prawej. Linie pola od obu ładunków zakrzywiają się na zewnątrz od ładunków, nie przecinają się, a ich zwrot jest od ładunku. Od ładunku o większej wartości wychodzi więcej linii pola. W dolnej części rysunku 4 znajduje się podobny obrazek dla dwóch ładunków ujemnych. Kierunek linii pola jest identyczny, zmienia się tylko zwrot jest skierowany do ładunków. W górnej części rysunku 5 pokazano linie pola od układu dwóch, umieszczonych poziomo w linii ładunków. Po lewej znajduje się ładunek ujemny o mniejszej wartości, po prawej dodatni o większej wartości. Linie pola od ładunku ujemnego zakrzywiają się w kierunku ładunku dodatniego. Część linii od ładunku dodatniego znajdujących się na zewnątrz ładunków nie ulega zakrzywieniu. Zwrot linii jest od ładunku dodatniego do ujemnego. W dolnej części rysunku 5 pokazano podobną sytuację, lecz tym razem po lewej znajduje się ładunek dodatni o mniejszej wartości, a po prawej ujemny o większej. Kształt linii pola jest taki sam, na przeciwny zmienia się tylko zwrot, gdyż ładunek dodatni i ujemny zamieniono miejscami. Rysunek 6 przedstawia pole od sfery naładowanej ładunkiem dodatnim lub ujemnym. Linie pola rozchodzą się od sfery naładowanej dodatnio promieniście we wszystkich kierunkach. Dla sfery naładowanej ujemnie zbiegają się przy ładunku promieniście ze wszystkich kierunków. Linie pola zbiegają się do powierzchni sfer, wewnątrz nich nie ma linii pola. Przykład dla sfery naładowanej dodatnio znajduje się w lewej części rysunku, dla naładowanej ujemnie w prawej. Rysunek 7 przedstawia pole od kuli naładowanej ładunkiem dodatnim lub ujemnym. Linie pola rozchodzą się od powierzchni kuli naładowanej dodatnio promieniście we wszystkich kierunkach. Dla sfery naładowanej ujemnie zbiegają się przy kuli promieniście ze wszystkich kierunków. Przykład dla kuli naładowanej dodatnio znajduje się w lewej części rysunku, dla naładowanej ujemnie w prawej. Rysunek 8 przedstawia pole od płyty naładowanej ładunkiem dodatnim lub ujemnym. Linie pola rozchodzą się od powierzchni płyty naładowanej dodatnio prostopadle do niej, na zewnątrz płyty. Dla płyty naładowanej ujemnie zbiegają się przy płycie, biegnąc prostopadle do niej. Przykład dla płyty naładowanej dodatnio znajduje się w lewej części rysunku, dla naładowanej ujemnie w prawej. Rysunek 9 przedstawia pole od dwóch naładowanych płyt umieszczonych równolegle do siebie. Linie pola biegną zawsze prostopadle do płyt. W górnej lewej części rysunku przedstawiono sytuację dla dwóch płyt naładowanych dodatnio. Wtedy w obszarze między płytami nie ma linii pola, a linie znajdujące się na zewnątrz są skierowane od płyt. W górnej prawej części rysunku przedstawiono sytuację, gdy lewa płyta jest naładowana dodatnio, a prawa ujemnie. Wtedy linie pola znajdują się tylko w obszarze między płytami i są skierowane od płyty dodatniej do ujemnej. W dolnej lewej części przedstawiono sytuację, gdy prawa płyta jest naładowana dodatnio, a lewa ujemnie. Jest to sytuacja podobna do sytuacji w górnej prawej części rysunku, na przeciwny zmienia się zwrot linii pola. W prawej dolnej części rysunku przedstawiono sytuację dwóch płyt naładowanych ujemnie. Jest to sytuacja podobna do przedstawionej w górnej lewej części, zmienia się tylko zwrot linii pola.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Opis alternatywny grafiki interaktywnej
Grafika interaktywna składa się z 9 elementów oznaczonych kolejnymi cyframi. Klikając odpowiednią cyfrę, można włączyć obrazek, który zaprezentuje jak wyglądają linie pola od:

1.      Pojedynczego ładunku dodatniego lub ujemnego

2.      Dwóch ładunków o takiej samej wartości i znaku

3.      Dwóch ładunków o takiej samej wartości i przeciwnych znakach

4.      Dwóch ładunków o różnej wartości i tym samym znaku

5.      Dwóch ładunków o różnej wartości i przeciwnych znakach

6.      Jednorodnie naładowanej sfery

7.      Jednorodnie naładowanej kuli

8.      Jednorodnie naładowanej płyty

9.      Dwóch jednorodnie naładowanych płyt umieszczonych równolegle.

Rysunek 1 przedstawia pole od pojedynczego ładunku dodatniego i ujemnego. Ładunki przedstawiono w postaci kół czerwonego dla dodatniego ładunku i niebieskiego dla ujemnego. Linie pola rozchodzą się od ładunku dodatniego promieniście we wszystkich kierunkach. Dla ładunku ujemnego zbiegają się przy ładunku promieniście ze wszystkich kierunków. Przykład dla ładunku dodatniego znajduje się w lewej części rysunku, dla ujemnego w prawej. Rysunek 2 przedstawia pole od układu dwóch ładunków ujemnych i niezależnie od dwóch ładunków dodatnich. Ładunki leżą poziomo w linii. Ładunki przedstawiono w postaci kół czerwonego dla dodatniego ładunku i niebieskiego dla ujemnego. W górnej części rysunku przedstawiono pole dla układu ładunków ujemnych linie pola odginają się na zewnątrz, tak, że żadna linia nie łączy ze sobą ładunków. Pole jest skierowane do ładunków. W dolnej części rysunku przedstawiono pole dla układu ładunków dodatnich. Jest ono podobne, tylko pole skierowane jest od ładunków. W górnej części rysunku 3 przedstawiono linie pola elektrycznego od dwóch ładunków, dodatniego i ujemnego, ustawionych poziomo w linii. Są one od siebie nieco oddalone. Ładunek dodatni przedstawiony jest za pomocą czerwonego koła ze znakiem plus w środku i znajduje się w prawej części rysunku. Ładunek ujemny jest przedstawiony za pomocą niebieskiego koła ze znakiem minus i znajduje się w lewej części rysunku. Pomiędzy ładunkami, za pomocą cienkich czarnych linii ze strzałkami, narysowano linie pola elektrycznego. Są one skierowane od ładunku dodatniego i biegną do ładunku ujemnego. Linie wychodzą z różnych punktów na obwodzie czerwonego koła i trafiają do punktów umieszczonych symetrycznie na drugim kole, np. linia wychodząca z punktu na godzinie 9 trafia w drugim kole w punkt na godzinie 3, linia wychodząca na godzinie 10 trafia w punkt na godzinie 2 i tak dalej. Linie tworzą łuki. W dolnej części rysunku przedstawiono sytuację, gdy ładunek dodatni jest po lewej, a ujemny po prawej stronie. Jedyna różnica to zwrot linii pola, gdyż linie zawsze skierowane są od ładunku ujemnego do dodatniego. W górnej części rysunku 4 pokazano linie pola od układu dwóch, umieszczonych poziomo w linii, ładunków dodatnich o różnej wartości. Ładunek mniejszy znajduje się po lewej, większy po prawej. Linie pola od obu ładunków zakrzywiają się na zewnątrz od ładunków, nie przecinają się, a ich zwrot jest od ładunku. Od ładunku o większej wartości wychodzi więcej linii pola.  W dolnej części rysunku 4 znajduje się podobny obrazek dla dwóch ładunków ujemnych. Kierunek linii pola jest identyczny, zmienia się tylko zwrot jest skierowany do ładunków. W górnej części rysunku 5 pokazano linie pola od układu dwóch, umieszczonych poziomo w linii ładunków. Po lewej znajduje się ładunek ujemny o mniejszej wartości, po prawej dodatni o większej wartości. Linie pola od ładunku ujemnego zakrzywiają się w kierunku ładunku dodatniego. Część linii od ładunku dodatniego znajdujących się na zewnątrz ładunków nie ulega zakrzywieniu. Zwrot linii jest od ładunku dodatniego do ujemnego. W dolnej części rysunku 5 pokazano podobną sytuację, lecz tym razem po lewej znajduje się ładunek dodatni o mniejszej wartości, a po prawej ujemny o większej. Kształt linii pola jest taki sam, na przeciwny zmienia się tylko zwrot, gdyż ładunek dodatni i ujemny zamieniono miejscami. Rysunek 6 przedstawia pole od sfery naładowanej ładunkiem dodatnim lub ujemnym. Linie pola rozchodzą się od sfery naładowanej dodatnio promieniście we wszystkich kierunkach. Dla sfery naładowanej ujemnie zbiegają się przy ładunku promieniście ze wszystkich kierunków. Linie pola zbiegają się do powierzchni sfer, wewnątrz nich nie ma linii pola. Przykład dla sfery naładowanej dodatnio znajduje się w lewej części rysunku, dla naładowanej ujemnie w prawej. Rysunek 7 przedstawia pole od kuli naładowanej ładunkiem dodatnim lub ujemnym. Linie pola rozchodzą się od powierzchni kuli naładowanej dodatnio promieniście we wszystkich kierunkach. Dla sfery naładowanej ujemnie zbiegają się przy kuli promieniście ze wszystkich kierunków. Przykład dla kuli naładowanej dodatnio znajduje się w lewej części rysunku, dla naładowanej ujemnie w prawej. Rysunek 8 przedstawia pole od płyty naładowanej ładunkiem dodatnim lub ujemnym. Linie pola rozchodzą się od powierzchni płyty naładowanej dodatnio prostopadle do niej, na zewnątrz płyty. Dla płyty naładowanej ujemnie zbiegają się przy płycie, biegnąc prostopadle do niej. Przykład dla płyty naładowanej dodatnio znajduje się w lewej części rysunku, dla naładowanej ujemnie w prawej. Rysunek 9 przedstawia pole od dwóch naładowanych płyt umieszczonych równolegle do siebie. Linie pola biegną zawsze prostopadle do płyt. W górnej lewej części rysunku przedstawiono sytuację dla dwóch płyt naładowanych dodatnio. Wtedy w obszarze między płytami nie ma linii pola, a linie znajdujące się na zewnątrz są skierowane od płyt. W górnej prawej części rysunku przedstawiono sytuację, gdy lewa płyta jest naładowana dodatnio, a prawa ujemnie. Wtedy linie pola znajdują się tylko w obszarze między płytami i są skierowane od płyty dodatniej do ujemnej. W dolnej lewej części przedstawiono sytuację, gdy prawa płyta jest naładowana dodatnio, a lewa ujemnie. Jest to sytuacja podobna do sytuacji w górnej prawej części rysunku, na przeciwny zmienia się zwrot linii pola. W prawej dolnej części rysunku przedstawiono sytuację dwóch płyt naładowanych ujemnie. Jest to sytuacja podobna do przedstawionej w górnej lewej części, zmienia się tylko zwrot linii pola.

Polecenie 1

Zastanów się teraz jak wykorzystać w praktyce wiedzę na temat linii pola. Jak myślisz, w jaki sposób doświadczalnie odróżnisz pole elektryczne od pola grawitacyjnego?

uzupełnij treść
Polecenie 2

Czy ładunek punktowy, który może ruszyć z położenia spoczynkowego w polu elektrycznym, będzie poruszał się wzdłuż linii pola?

uzupełnij treść