Elektriväli
Elektriväli E kirjeldab jõudu positiivse proovilaengu ühiku kohta. Väli on alliklaengute ja ruumi omadus, mitte selle väikese proovilaengu omadus, millega välja mõtteliselt mõõdame.
Interaktiivne arvutus
Mudel ja põhiseos
Definitsioon on E=F/q. Punktlaengu Q korral vaakumis E=kQ/r² radiaalsuunas; positiivse Q puhul väljapoole ja negatiivse Q puhul laengu poole.
Seost tuleb alati lugeda koos eeldustega. SI-ühikud, vektorite suunad ja taustsüsteemi valik ei ole vormistusdetailid: need määravad, mida tegelikult arvutatakse ja kas valemit võib kasutada ilma lisaliikmeteta.
Füüsikaline tähendus
Elektriväljad alluvad superpositsioonile: koguväli on kõigi allikate väljade vektorsumma. Suund on sama oluline kui arvväärtus.
Füüsikaline pilt on kasulikum kui valemi päheõppimine. Tasub küsida, milline suurus kannab energiat või impulssi, milline vastastikmõju tekitab vastuse ning milline sümmeetria lubab probleemi lihtsustada. Siis muutuvad nii märk kui ka suurusjärk arusaadavaks.
Mis tulemust muudab
Väljajooned on visualiseerimisvahend. Puutuja annab välja suuna ja joonte tihedus vihjab suhtelisele tugevusele; jooned ise pole füüsilised niidid ega laengu trajektoorid.
Hea kvantitatiivne kontroll algab võrdelisustest. Kui pikkus kahekordistub, mass kasvab või väljatugevus muutub, näitab seos kohe, kas tulemus muutub lineaarselt, ruuduga või pöördvõrdeliselt. See annab enne arvutamist tugeva mõistlikkuse kontrolli.
Piirangud ja mõõtmine
Elektrostaatilises tasakaalus on ideaalse juhi sees E=0 ja üleliigne laeng paikneb pinnal. Vahetult pinnast väljas on väli pinnaga risti.
Reaalses süsteemis esinevad kaod, ebaühtlus ja mõõtkava piirangud. Mõõtetulemust tuleb vaadelda koos määramatusega ning kontrollida, kas ideaalne mudel on endiselt piisav. Väike kõrvalekalle ei tähenda automaatselt arvutusviga, vaid võib olla mudeli piirangu loomulik tagajärg.
Tõlgendus ja rakendus
Ühik N/C on samaväärne ühikuga V/m. Seos potentsiaaliga lihtsustab paljusid ülesandeid, sest potentsiaal on skalaar ja elektriväli vektor.
Rakenduses kontrollime vastust vähemalt kolmel viisil: mõõtmed, märk ja piirjuhud. Kui mõni parameeter läheneb nullile või muutub väga suureks, peab ennustus jääma füüsikaliselt mõistlikuks. Selline kontroll leiab eksimuse sageli kiiremini kui kogu arvutuse kordamine.
Lahendatud ülesanded
Ülesanne 1
Arvuta: arvuta punktlaengu elektriväli. Antud: Q=2,0 μC, r=0,30 m.
Lahendus: E≈2,00×10⁵ N·C⁻¹
Ülesanne 2
Arvuta: arvuta punktlaengu elektriväli. Antud: r → 2r.
Lahendus: E → E/4
Ülesanne 3
Arvuta: arvuta punktlaengu elektriväli. Antud: Q → −Q.
Lahendus: |E| → |E|; E → −E