קל לחשב את השדה החשמלי של מטען נקודתי במצב מנוחה. אחרי הכל, מדובר בשדה רדיאלי, כלומר כזה שכל קווי השדה בו מצביעים לכיוון המטען הנקודתי (מטען חיובי) או החוצה ממנו (מטען שלילי) בדומה לרדיוס של עיגול שהמטען הנקודתי נמצא במרכזו. השדה עצמו הולך ודועך ככל שמתרחקים מהמטען והמדידה שלו פשוטה.
אולם מה קורה כשהמטען מתחיל לנוע? בתנועה במהירות קבועה קורים שני דברים מעניינים: ראשית, קווי השדה מפסיקים להיות רדיאליים וצורת השדה הופכת להיות תלויה מאוד במהירות החלקיק. ושנית, ברגע שהוא נמצא בתנועה, החלקיק מייצר גם שדה מגנטי ולא רק שדה חשמלי.
כאשר החלקיק מאיץ, השדות החשמליים והמגנטיים משתנים בזמן, כלומר נפלטת קרינה אלקטרומגנטית. היישומון שלפנינו מראה איך קווי השדה החשמלי של מטען נקודתי משתנים בעקבות תנועתו. להפעלה הקליקו על התמונה.
אזהרה: היישומון אינו מומלץ לסובלים מאפילפסיה.
היישומון הופק במסגרת פרוייקט PhET של אוניברסיטת קולורדו.
להורדת היישומון והרצתו על המחשב
אם אינכם מצליחים להעלות את היישומון, התקינו את תוכנת Javaweb. לחצו כאן והמשיכו בהתקנה על פי ההוראות.
כעת נתחיל להפעיל את היישומון. במצב ההתחלתי, החלקיק אינו נע וקווי השדה אכן רדיאליים כפי שתיארנו קודם. אם תתפסו עכשיו את החלקיק עם העכבר ותזיזו אותו, תראו שקווי השדה משתנים תוך כדי תנועה. אם תבחרו באופציית "ללא חיכוך", המטען ימשיך לנוע עד שייצא מהמסך.
נתחיל לחקור את השפעתה של תנועה קווית על השדה. לשם כך בחרו באופציה "קווי" וכעת המטען ינוע לאורך קו ותוכלו לשלוט במהירותו ביחס למהירות האור. שימו לב איך קווי השדה מצטופפים בכיוון שאליו המטען נע ככל שהמהירות גוברת. כשהמטען יגיע לבסוף למהירות קבועה תוכלו לראות שקווי השדה קבועים (או למעשה כמעט קבועים. הם קבועים ביחס לחלקיק אבל משתנים במרחב עצמו). אולם בעת ההאצה או ההאטה, כלומר כשאתם משנים את מהירות החלקיק, קווי השדה ישתנו – ובמילים אחרות, החלקיק יפלוט קרינה.
למצב מעניין אחר נבחר בלשונית "סינוסואידלי", שפירושה שכעת המטען מבצע תנועה מחזורית לאורך ציר כלשהו. תוכלו לבחור את המשרעת ואת התדר של התנועה. בתנועה זו המטען מאיץ כל הזמן, שימו לב כעת מה קורה לקווי השדה – קל לראות שהקווים נושאים מידע על התנועה של החלקיק עצמו. לו הייתם רואים רק את קווי השדה, יכולתם לשחזר ולהבין שקיים חלקיק כלשהו שנע בתדר מסוים ובמשרעת מסוימת והוא שיצר אותם. האם תוכלו לשער באיזה מכשור נעשה שימוש בתנועה כזו של חקלקים טעונים? אם כן כתבו זאת בפורום.
דוגמה נוספת שתוכלו לבדוק של תנועה בתאוצה היא התנועה המעגלית, שדומה מאוד באופיה לתנועה סינוסואידלית והיא פועלת בשני צירים במקביל.
הלשונית האחרונה – התנגשות – מדמה מצב שבו החלקיק שלנו מקבל מכה קלה ובעקבות זאת מוסט ממקומו לזמן קצר מאוד וחוזר אליו שוב. תוכלו לשלוט בעוצמת המכה ובמשכה. שימו לב מה קורה: במהלך התנועה החלקיק מאיץ ולכן השדה משתנה בזמן, ולאחר מכן הוא חוזר להיות שדה רדיאלי קבוע. שימו לב שוב שאם נקלוט ממיקום מרוחק את השדה החשמלי ונמדוד אותו ברציפות, נוכל לדעת שמשהו אכן קרה למטען הנקודתי שלנו בלי שנצטרך לראו אותו במו עינינו.
ולבסוף, חומר נקודה למחשבה. ראינו שמטען חשמלי פולט קרינה בזמן האצה שלו. מה המשמעות של זה? מה קורה אם כן למטען חשמלי שמופעל עליו כוח קבוע – האם הוא יאיץ לעד? (רמז: חשבו מה המשמעות של פליטת קרינה ומה הקרינה נושאת עמה). כתבו את דעתך בפורום.
ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום ואנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה יתקבלו תמיד בברכה.
