Изолирана заредена сфера

1 · Предскажи

Единична изолирана проводима сфера, заредена до някакво напрежение, също има електроемност — дори без втора плоча наблизо. Ако повишиш напрежението на сферата, расте ли полето точно извън нея пропорционално?

• Не — полето зависи от напрежението по по-сложен начин.
• Да — външното поле е право пропорционално на напрежението на сферата.
• Външното поле изобщо не зависи от напрежението на сферата.

2 · Постановка

1. Отвори настройката изолирана сфера и натисни Нулирай. Радиусът на сферата е фиксиран на 8 cm.
2. Включи показанието за сила на външното поле.
3. Задай напрежението на сферата за всеки опит и запиши силата на полето, измерена на два пъти радиуса на сферата от центъра ѝ.

3 · Събери данни

Чертай силата на полето E (ос y) спрямо напрежението V (ос x) за трите си опита. Права ли е линията през началото?

4 · Анализирай

1. За един опит изчисли C = 4πε₀R с R = 0.08 m (същото във всеки опит), после E = V/(2R) за полето на радиус 2R от центъра. Сравни и двете с таблицата.
2. Обясни защо, на фиксирана точка на измерване (тук, 2R от центъра), външното поле се мащабира линейно с напрежението на сферата — макар полето на точков заряд само по себе си да спада като 1/r².

5 · Надгради

1. Генераторът на Ван де Грааф зарежда изолирана метална сфера до много високо напрежение. Електроемността ѝ C = 4πε₀R е доста малка за сфера с лабораторен размер — точно затова дори умерено количество заряд може да я изкара до изключително високо напрежение (V = Q/C).
2. Самата Земя се държи приблизително като изолирана заредена сфера с малък отрицателен повърхностен заряд. С C = 4πε₀R и радиуса на Земята (~6.4×10⁶ m), очакваш ли електроемността на Земята да е по-голяма или по-малка от сферата 8 cm от този експеримент?

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат