不擅長公式也能愛上物理?用GeoGebra一窺3D電力線的世界(點電荷與電場)

逐工攏是實驗室。各位好,我物理教練桑子研。

咱的身軀邊逐項物件攏有電,毋過電上核心的「電場」,咱用目睭是看袂見的。逐家有無想過,若會使像科幻電影入面的英雄按呢,直接用目睭看出空間入面流動的能量,彼種感覺一定足趣味!今仔日,我就欲用上新的家私,共這股「看袂見的力量」清清楚楚畫予逐家看。

看袂見的電路:共「電場線」變予你看得到

讀物理課本一定會讀到「點電荷」,我想欲揣看有無軟體會使共點電荷湠出去的「電場線」用立體的方式呈現出來。結果前幾工,予我在 iPad 的應用程式「GeoGebra」(空間幾何)入面,揣到一個超讚的模擬工具。

逐家拍開 GeoGebra 的 App,在搜尋欄輸入「Dipole near Point Charge」就揣得到了。用電腦瀏覽器嘛會使看,建議逐家一定要點入去看看咧。你會看著電荷中心親像一隻海膽按呢,向四面八方湠出直溜溜的電場線。

Dipole near Point Charge

法拉第夢中的「力線」到底是啥?

19世紀的天才科學家法拉第,雖然伊對數學公式無啥拿手,毋過伊的「直覺」比任何人都閣較利。伊認為空間入面布滿了看袂見的「線」,所以共伊號名叫做「電場線」。逐家看這張圖,越靠近中心的地方,電場線就越密集;越遠的地方,線就越稀疏。其實這入面有一條規則:每單位面積穿過去的線有幾條,就代表彼個位子的電場有偌強。簡單講,越密集的地方,電的力量就越猛!若是想欲更進一步看電場的分佈,會使搜尋「gauss vector fields」。

gauss vector fields

用「箭頭」看電的力:向量場的世界

稍微調整一下顯示設定,就會變做上面圖中按呢的「向量(箭頭)」。電場線若像是「路」,向量就是直接話予你聽「這个位子的力是向佗位去、力有偌大」。

電場的大小是越靠近中心越強,所以中心部分的箭頭比較長,越離開就越短。佮頭前的電場線比起來,這毋單純只是海膽刺按呢的線,是予你一眼就看出空間入面每一个點到底受著偌大的力。

gauss vector fields

在物理學、特別是電磁學的世界,你「有無辦法想像出圖形」是理解好歹的關鍵。若只是死死仔看公式,真難抓著伊的重點。利用數位技術,親自去動手摸看看這个「看袂見的宇宙規則」,相信我,課本上的字一定會變做立體的,在你面前振動起來!

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