Απομονωμένη φορτισμένη σφαίρα

1 · Πρόβλεψε

Αν ανεβάσεις την τάση της σφαίρας

• Όχι — το πεδίο εξαρτάται από την τάση με πιο σύνθετο τρόπο.
• Ναι — το εξωτερικό πεδίο είναι ευθέως ανάλογο της τάσης της σφαίρας.
• Το εξωτερικό πεδίο δεν εξαρτάται καθόλου από την τάση της σφαίρας.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή isolated-sphere και πάτησε Επαναφορά. Η ακτίνα της σφαίρας είναι σταθερή στα 8 cm.
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη έντασης εξωτερικού πεδίου.
3. Ρύθμισε την τάση της σφαίρας για κάθε δοκιμή και κατέγραψε την ένταση πεδίου μετρημένη στο διπλάσιο της ακτίνας της σφαίρας από το κέντρο της.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε την ένταση πεδίου E (άξονας y) έναντι της τάσης V (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι η γραμμή ευθεία και περνά από την αρχή των αξόνων;

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε C = 4πε₀R χρησιμοποιώντας R = 0.08 m (ίδιο σε κάθε δοκιμή), μετά E = V/(4R) για το πεδίο σε ακτίνα 2R από το κέντρο — αυτό προκύπτει από E = V·R/r² με r = 2R. Σύγκρινε και τα δύο με τον πίνακα.
2. Εξήγησε γιατί, σε σταθερό σημείο μέτρησης (εδώ, 2R από το κέντρο), το εξωτερικό πεδίο κλιμακώνεται γραμμικά με την τάση της σφαίρας — αυτό ακριβώς αναμένεται από τον νόμο 1/r² ενός σημειακού φορτίου, αφού το εξωτερικό πεδίο μιας απομονωμένης φορτισμένης σφαίρας είναι πανομοιότυπο με εκείνο σημειακού φορτίου στο κέντρο της (η μεταβολή μόνο του V, σε σταθερό r, δίνει πάντα γραμμική σχέση — η εξάρτηση 1/r² αφορά την απόσταση, όχι την τάση).

5 · Επέκταση

1. ακόμη και μια μέτρια ποσότητα φορτίου
2. Η ίδια η Γη συμπεριφέρεται κατά προσέγγιση ως απομονωμένη φορτισμένη σφαίρα με μικρό αρνητικό επιφανειακό φορτίο. Χρησιμοποιώντας C = 4πε₀R με την ακτίνα της Γης (~6.4×10⁶ m), θα περίμενες τη χωρητικότητα της Γης μεγαλύτερη ή μικρότερη από τη σφαίρα 8 cm αυτού του πειράματος;

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής