Electromagnetisme
Esfera conductora aïllada
Una esfera aïllada de radi R té C = 4πε₀R: compara la lectura en pF amb el valor de llibre.
Esfera conductora aïllada — simulació interactiva de Electromagnetisme. Una esfera aïllada de radi R té C = 4πε₀R: compara la lectura en pF amb el valor de llibre. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.
Capacitat esfèrica
Una esfera aïllada de radi R té C = 4πε₀R: compara la lectura en pF amb el valor de llibre.
Una esfera conductora aïllada de radi R al potencial V emmagatzema càrrega Q = CV amb C = 4πε₀R: la capacitat creix linealment amb el radi. La càrrega seu a la superfície exterior; dins del conductor E = 0. Compara la lectura en pF amb 4πε₀R per al radi mostrat.
- C = 4πε₀R
- U = ½CV²
Resum de la investigació
Planifica la pregunta abans d'obrir el laboratori
El resum reflecteix la pàgina prerenderitzada: la pregunta conductora, les prediccions rivals, els rols de les variables, les lleis que governen, la configuració, l'anàlisi i les preguntes d'extensió es mantenen visibles i en aquest ordre.
Pregunta conductora
Una sola esfera conductora aïllada, carregada a certa tensió, també té capacitat — fins i tot sense cap segona placa a prop. Si puges la tensió de l'esfera, el camp just a fora seu puja en proporció?
Prediccions a valorar
- No: el camp depèn de la tensió d'una manera més complexa.
- Sí: el camp exterior és directament proporcional a la tensió de l'esfera.
- El camp exterior no depèn gens de la tensió de l'esfera.
Rols de les variables
El que tu defines:
- Tensió de l'esfera V (V)
El que tu mesures:
- Capacitat C (pF)
- Camp exterior E (N/C)
Com funciona la investigació
- Obre el predefinit «Una esfera carregada aïllada» i prem Restableix. El radi de l'esfera és fix a 8 cm.
- Activa la lectura d'intensitat de camp exterior.
- Defineix la tensió de l'esfera per a cada prova i enregistra la intensitat de camp mesurada al doble del radi del centre.
Equació governant
Capacitat de l'esfera aïllada — C = 4πε₀R
Una esfera conductora aïllada de radi R té capacitat C = 4πε₀R relativa a l'infinit. A diferència d'un condensador de plaques paral·leles, no necessita cap segon conductor a prop: «la resta de l'espai» fa d'altra placa.
El que el full imprimible demana treballar a l'alumne
- Per a una prova, calcula C = 4πε₀R amb R = 0.08 m (igual a cada prova), i després E = V/(2R) per al camp al radi 2R del centre. Compara totes dues amb la taula.
- Explica per què, en un punt de mesura fix (aquí, 2R del centre), el camp exterior escala linealment amb la tensió de l'esfera — tot i que el camp d'una càrrega puntual mateix decau com 1/r².
On apareix això més enllà del laboratori
- Un generador de Van de Graaff carrega una esfera metàl·lica aïllada a tensió molt alta. La seva capacitat C = 4πε₀R és força petita per a una esfera de laboratori, i això és exactament per què fins i tot una quantitat modesta de càrrega la pot portar a tensió extremadament alta (V = Q/C).
- La Terra mateixa es comporta aproximadament com una esfera carregada aïllada amb una petita càrrega superficial negativa. Amb C = 4πε₀R i el radi de la Terra (~6.4×10⁶ m), esperaries que la capacitat de la Terra fos més gran o més petita que la de l'esfera de 8 cm d'aquest experiment?
- AP Physics 2 — Unit 10: Electric Force, Field, and Potential
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 10: Conductors and Capacitors
- AP Physics C: Electricity and Magnetism — Unit 9: Electric Potential
- IB Physics — D.2 Electric and magnetic fields
- General High School Physics — Magnetism & electromagnetism
- NGSS High School Physics — Energy in particle motion and fields
- Benvingut a Esfera aïllada
- Selecciona l'esfera
- Prem Reprodueix
- Energia en una esfera
- Obre el panell de Propietats
- Ho has aconseguit!
Obre la simulació interactiva per construir l'escena, prem Reprodueix i explora amb mesures en directe i un tutorial guiat.
Obre el laboratori interactiu →
Descarrega el full de treball →