電気のシミュレーション

電気26本

電気箔検電器（静電誘導・接触・アース）帯電体を近づける・触れさせる・アースする操作で、金属板と箔の電荷分布と箔の開きがどう変わるかを調べる。帯電体は図の上でドラッグできる電気静電気振り子（極板間往復・帯電棒と球）金属球が極板に触れては帯電して往復する様子や、帯電棒に引かれ接触後に反発する様子を調べる。球はドラッグして放せる電気静電気モーター（フランクリンモーター）金属球が極板に触れて帯電し、反発・吸引で回り続ける仕組みを、電圧・摩擦・腕の数で調べる。図をクリックすると軽くはじける電気乾電池と豆電球のつなぎ方と明るさ電池や豆電球の本数・つなぎ方（直列／並列）を変え、各電球の明るさと電池の消耗を比べる。電球や電池をクリックすると値が出る電気電流の向きと電子の移動電流は＋極→－極の向き、電子は逆向きに動く。電圧・抵抗を変えて電流と電子の流れを比べる。スイッチや導線の拡大図はクリックで確かめる電気電流と抵抗のモデル（自由電子と陽イオンの衝突）金属内の自由電子が電場で加速され、陽イオンに衝突して平均の速さ（ドリフト速度）に落ち着く様子から抵抗の起源を調べる。電子をクリックするとその軌跡を追える電気電池の直列・並列接続（起電力と内部抵抗）電池をつなぐと合成起電力・合成内部抵抗がどう変わるか、端子電圧と電流の関係（V-I特性）で確かめる。外部抵抗が内部抵抗に等しいとき取り出せる電力が最大になる電気電流の定義 I=Q/t と I=envS（ドリフト速度の遅さ）電流は断面を1秒間に通る電気量。n・S・Iから電子のドリフト速度を求めると、驚くほど遅いことを確かめる電気抵抗と電池の直列・並列接続電池の本数とつなぎ方、抵抗の個数とつなぎ方を変えて、電流・電圧・電力を調べる。抵抗や電池をクリックすると値が出る電気オームの法則（V-I特性と電流・電圧）電圧を変えて電流を測り、V-Iグラフの傾きから抵抗を求める。豆電球・ダイオードでは比例しない（非オーム性）ことも確かめる。電流計・電圧計・素子をクリックすると値が出る電気抵抗の大きさ R=ρL/S（長さ・断面積・材質・温度）導線の抵抗は長さに比例、断面積に反比例。材質（抵抗率ρ）と温度による変化を比べる。導線の右端をドラッグすると長さを変えられる電気抵抗の直列・並列接続（合成抵抗と各部の電流・電圧・電力）抵抗を直列・並列につないだときの合成抵抗と、各抵抗の電流・電圧・消費電力を一覧で比べる。抵抗をクリックすると値が出る電気抵抗の合成と電流・電圧【練習問題】ランダムな抵抗回路で、合成抵抗・電流・電圧・電力を求め、4択から選んで答え合わせをする電気ホイートストンブリッジ（平衡条件）検流計に電流が流れなくなる条件 R₁R_x=R₂R₃ を、Rxを変えながら確かめて未知抵抗を求める。C点・D点・抵抗をクリックすると電位・電流が出る電気キルヒホッフの法則（2電源回路）2つの電池をもつ回路で、第1法則（接点）・第2法則（閉回路）の連立方程式を立てて電流を求め、向きを矢印で確かめる。閉回路を1周したときの電位の上がり下がりをグラフで見る電気電場ベクトルと電位（電気力線・等電位線・色分け）点電荷を2個以上配置・ドラッグして、電気力線・等電位線・電位の色分け・各点の電場ベクトルを重ねて見る。図をクリックすると、その点Pの電場と電位が出る電気点電荷のまわりの電位（立体の等高面）点電荷のまわりの電位 V=kq/r を山（正）と谷（負）の立体グラフで見る。図をドラッグして回転、クリックでその点の電位・電場を確かめる電気点電荷の電場と電位の合成（ベクトル和とスカラー和）2つの点電荷がつくる電場はベクトルで、電位は数値（符号つき）で足し合わせる。点Pをドラッグして違いを確かめる電気静電誘導と電場（導体球と点電荷）点電荷を近づけた導体球に生じる誘導電荷と、導体内部の電場が0になることを電気力線で確かめる（アースの有無も比較）。点電荷はドラッグで動かせる電気誘電分極と電場（誘電率で内部電場が弱まる）極板間に誘電体を入れると分子が分極して表面に電荷が現れ、内部の電場が E₀/ε_r に弱まる様子を調べる。誘電体をクリックすると出し入れできる電気コンデンサーの充放電（RC回路・時定数）抵抗とコンデンサーの回路で、充電・放電時の電圧・電流の時間変化と時定数 τ=RC、エネルギー U=½CV² を調べる。スイッチの接点 A・B をクリックして切りかえる電気コンデンサーの電気容量の変化（間隔・面積・誘電体）極板間隔・面積・誘電体の挿入で C=ε₀ε_r S/d がどう変わり、電池つなぎ放し（V一定）／切り離し（Q一定）で Q, V, E, U がどう動くかを比べる。上の極板をドラッグすると間隔を変えられる電気コンデンサーの直列・並列接続（合成容量）直列は電気量が等しく電圧が分配、並列は電圧が等しく電気量が分配される。各コンデンサーの C・Q・V・U を一覧で比べる。コンデンサーをクリックすると値が出る電気コンデンサーの合成と電気量・電圧【練習問題】ランダムなコンデンサー回路で、合成容量・電気量・電圧・エネルギーを求め、4択から選んで答え合わせをする電気コンデンサーのつなぎかえ（電荷保存とエネルギーの損失）充電した2つのコンデンサーをスイッチでつなぐと、電荷が再分配されて共通の電圧になる。電気量の保存と静電エネルギーの減少を確かめる。図のスイッチをクリックしてつなぐ電気コンデンサーを含む直流回路（スイッチ直後と十分後）スイッチを閉じた直後（コンデンサーは導線）と十分時間がたった後（コンデンサーは断線）で各部の電流・電圧がどう変わるかを時間変化で確かめる。回路の見方を「直後」「十分後」に切りかえられる

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