Una esfera carregada aïllada

1 · Prediu

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?

• 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.

2 · Configura

1. Obre el predefinit «Una esfera carregada aïllada» i prem Restableix. El radi de l'esfera és fix a 8 cm.
2. Activa la lectura d'intensitat de camp exterior.
3. Defineix la tensió de l'esfera per a cada prova i enregistra la intensitat de camp mesurada al doble del radi del centre.

3 · Recull dades

Representa la intensitat de camp E (eix y) contra la tensió V (eix x) per a les tres proves. La línia és recta i passa per l'origen?

4 · Analitza

1. 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.
2. 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.

5 · Amplia

1. 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).
2. 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?

La física al darrere d'aquest experiment

← Torna a l'experiment

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles