מקור: יונג פ. צ'ן, PhD, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, המכללה למדע, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, IN
אפקט פוטואלקטרי מתייחס לפליטת אלקטרונים ממתכת כאשר אור זורח עליו. על מנת שהאלקטרונים ישוחררו מהמתכת, תדירות האור צריכה להיות גבוהה מספיק כך שלפוטונים באור יש מספיק אנרגיה. אנרגיה זו פרופורציונלית לתדר האור. האפקט הפוטואלקטרי סיפק את הראיות הניסיוניות לקוונטום האור המכונה פוטון.
ניסוי זה מדגים את האפקט הפוטואלקטרי באמצעות מתכת אבץ טעונה הכפופה לאור מנורה רגיל, או אור אולטרה סגול (UV) עם תדירות גבוהה יותר ואנרגיית פוטון. צלחת האבץ תהיה מחוברת אלקטרוסקופ, מכשיר שיכול לקרוא את הנוכחות ואת כמות יחסית של מטענים. הניסוי יוכיח כי אור UV, אך לא המנורה הרגילה, יכול לפרוק את האבץ הטעון שלילית על ידי פליטת האלקטרונים העודפים שלו. אף אחד ממקורות האור, לעומת זאת, לא יכול לפרוק אבץ טעון חיובית, עולה בקנה אחד עם העובדה כי אלקטרונים הנפלטים אפקט פוטואלקטרי.
Physics II
מקור: יונג פ. חן, PhD, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, המכללה למדע, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, IN
הפרעות עקיפה הן תופעות אופייניות של גלים, החל מגלי מים ועד גלים אלקטרומגנטיים כגון אור. הפרעה מתייחסת לתופעה של כאשר שני גלים מאותו סוג חופפים כדי לתת וריאציה מרחבית לסירוגין של משרעת גלים גדולים וקטנים. עקיפה מתייחסת לתופעה של כאשר גל עובר דרך צמצם או הולך סביב אובייקט, חלקים שונים של הגל יכול להפריע וגם לגרום לשינוי מרחבי של משרעת גדולה וקטנה.
ניסוי זה ידגים את אופי הגל של האור על ידי התבוננות בעקיפה והפרעה של אור לייזר העובר דרך חריץ יחיד וחריץ כפול, בהתאמה. החתכים נחתכים פשוט באמצעות סכיני גילוח בנייר אלומיניום ודפוסי ההפשטה וההפרעה האופייניים מתבטאים כדפוסים של שוליים בהירים וכהים מתחלפים על מסך המונחים לאחר רדיד הכסף, כאשר האור נוצץ דרך החריץ על נייר הכסף. מבחינה היסטורית, ההתבוננות בעקיפה ובהפרעה של האור מילאה תפקיד חשוב בהקמת האור שהוא גל אלקטרומגנטי.
Physics II
מקור: יונג פ. חן, PhD, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, המכללה למדע, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, IN
ניסוי זה מדגים כיצד הזרם מופץ בנגדים המחוברים בסדרה או במקביל, ובכך מתאר כיצד לחשב את ההתנגדות "היעילה" הכוללת. באמצעות החוק של Ohm, ניתן להמיר בין המתח לזרם באמצעות התנגדות, אם ההתנגדות ידועה.
עבור שני נגדים המחוברים בסדרה, (כלומר, הם מחווטים בזה אחר זה), אותו זרם יזרום דרכם. המתחים יסתכמו ב"מתח כולל", ולכן "ההתנגדות האפקטיבית" הכוללת היא סכום שתי ההתנגדויות. זה נקרא לפעמים "חוצץ מתח" כי המתח הכולל מחולק בין שני הנגדים ביחס להתנגדויות האישיות שלהם.
עבור שני נגדים המחוברים במקביל( כלומר, שניהם מחוברים בין שני מסופים משותפים), הזרם מפוצל בין השניים בזמן שהם חולקים את אותו מתח. במקרה זה, ההדדיות של ההתנגדות האפקטיבית הכוללת תהיה שווה לסכום ההדדיות של שתי ההתנגדויות.
סדרות ונגדים מקבילים הם מרכיב מרכזי ברוב המעגלים ומשפיעים על אופן השימוש בחשמל ברוב היישומים.
Physics II
מקור: יונג פ. חן, PhD, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, המכללה למדע, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, IN
ניסוי זה ישתמש קבלים מסחריים קבל צלחת מקבילה כדי להדגים את הרעיון של קיבוליות. קבל מאחסן מטענים הפוכים על שני מוליכים, למשל שני לוחות מתכת הפוכים, מה שמוביל להבדל פוטנציאלי (ירידת מתח) בין שני המנצחים. כמות המטען על כל מוליך היא פרופורציונלית לירידה זו במתח, עם הקיבול כגורם המידתיות. אם המתח משתנה עם הזמן, הזרם הזורם לתוך הקבל יהיה פרופורציונלי לקצב השינוי הזה, ושוב הקיבול הוא גורם המידתיות.
הקיבול של קבל הלוח המקביל הוא תוצר של קבוע דיאלקטרי עם המרחק בין הלוחות חלקי שטח הלוח. ניסוי זה ידגים את מידתיות המרחק על ידי הפקדת מטען כלשהו על הקבל ולאחר מכן באמצעות מטח דועך גבוה (אלקטרומטר) כדי לפקח על המתח בין הלוחות ככל שהמרחק גדל. שינוי המתח יהיה גם במעקב עם חומר דיאלקטרי, כגון צלחת פלסטיק מוכנס לתוך החלל בין לוחות המתכת.
מד קיבוליות ישמש למדידת הקיבוליות באופן ישיר, כמו גם למדידת חיבורים מקבילים וסדרתיים של קבלים זמינים מסחרית וללמוד כיצד הקיבוליות הכוללת קשורה לקילוליות בודדת.
Physics II
מקור: יונג פ. חן, PhD, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, המכללה למדע, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, IN
קבלים (C), משרים (L) ונגדים (R) הם כל אחד מרכיב מעגל חשוב עם התנהגויות שונות. נגד מפיץ אנרגיה ומציית לחוק אוהם, כאשר המתח שלו פרופורציונלי לזרם שלו. קבל מאחסן אנרגיה חשמלית, כאשר הזרם שלה פרופורציונלי לקצב השינוי של המתח שלו, בעוד משרן מאחסן אנרגיה מגנטית, כאשר המתח שלה פרופורציונלי לקצב השינוי של הזרם שלו. כאשר אלמנטים מעגליים אלה משולבים, הם יכולים לגרום לזרם או למתח להשתנות עם הזמן בדרכים שונות ומעניינות. שילובים כאלה משמשים בדרך כלל לעיבוד אותות חשמליים תלויי זמן או תדר, כגון במעגלי זרם (AC) מתחלפים, מכשירי רדיו ומסננים חשמליים. ניסוי זה מדגים את ההתנהגויות תלויות הזמן של מעגלי הנגד-קבל (RC), נגד-משרן (RL) ומעגלי קבלי משרן (LC). הניסוי ידגים את ההתנהגויות החולפות של מעגלי RC ו- RL באמצעות נורה (נגד) המחוברת בסדרה לקבל או משרן, בעת התחברות (והפעלת) ספק כוח. הניסוי גם מדגים את ההתנהגות המתנדנדת של מעגל LC.
Physics II
מקור: יונג פ. חן, PhD, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, המכללה למדע, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, IN
שדה חשמלי נוצר על ידי אובייקט טעון (המכונה מטען המקור) בחלל שסביבו, ומייצג את היכולת להפעיל כוח חשמלי על עצם טעון אחר (המכונה מטען הבדיקה). המיוצג על ידי וקטור בכל נקודה נתונה בחלל, השדה החשמלי הוא הכוח החשמלי לכל מטען בדיקה יחידה שהוצב בשלב זה (הכוח במטען שרירותי יהיה המטען כפול השדה החשמלי). השדה החשמלי הוא היסוד לחשמל ולהשפעות של מטענים, והוא קשור קשר הדוק גם לכמויות חשובות אחרות כגון מתח חשמלי.
ניסוי זה ישתמש אבקות חשמליות בשמן בשורה עם שדות חשמליים המיוצרים על ידי אלקטרודות טעונות לדמיין את קווי השדה החשמליים. ניסוי זה גם מדגים כיצד שדה חשמלי יכול לגרום למטענים וכיצד מטענים מגיבים לשדה החשמלי על ידי התבוננות בהשפעת מוט טעון על פחית סודה סמוכה.
Physics II
מקור: יונג פ. חן, PhD, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, המכללה למדע, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, IN
הפוטנציאל החשמלי, הידוע גם בשם "מתח", מודד את האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית לכל מטען ליחידה. שדה חשמלי הוא כמות סקלרית והוא בסיסי להשפעות חשמליות רבות. בדומה לאנרגיה פוטנציאלית, מה שמשמעותו הפיזית הוא ההבדל בפוטנציאל החשמלי. לדוגמה, השונות המרחבית בפוטנציאל החשמלי קשורה לשדה החשמלי, מה שמוליד את הכוח החשמלי בטעינה. ההבדל בפוטנציאל החשמלי בין שתי נקודות בנגד מניע את זרימת הזרם החשמלי.
ניסוי זה ישתמש הן במד וולט והן בצינור פלואורסצנטי כדי להדגים את הפוטנציאל החשמלי (ליתר דיוק, ההבדל הפוטנציאלי בין שתי נקודות בחלל) שנוצר על ידי כדור טעון. הניסוי מדגים את הרעיון של משטחים שוויוויפוטנציאליים, המאונכים לשדות החשמליים.
Physics II
מקור: יונג פ. חן, PhD, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, המכללה למדע, אוניברסיטת פרדו, מערב לאפייט, IN
שדות מגנטיים יכולים להיווצר על ידי הזזת מטענים, כגון זרם חשמלי. ניתן לחשב את השדה המגנטי שנוצר על ידי זרם משוואת מקסוול. בנוסף, עצמים מגנטיים כגון מגנטים בר יכול גם ליצור שדות מגנטיים בשל דינמיקה מיקרוסקופית של מטענים בתוך החומר. שדות מגנטיים יפעילו כוח מגנטי על מטענים נעים אחרים או עצמים מגנטיים, כאשר הכוח פרופורציונלי לשדה המגנטי. שדות מגנטיים הם היסוד לאלקטרומגנטיות ומבססים יישומים מעשיים רבים החל מצפנים ועד הדמיית תהודה מגנטית.
ניסוי זה מדגים שדות מגנטיים המיוצרים על ידי מגנט מוט קבוע כמו גם זרם חשמלי, באמצעות מגנטים מחט מצפן קטן להתיישר עם שדות מגנטיים. ניסוי זה גם מדגים את הכוח המופעל על ידי השדות המגנטיים המיוצרים על ידי זרם על חוט נושא זרם אחר.
Physics II
