Eristetty varautunut pallo

1 · Ennusta

Yksittäinen eristetty johdinpallo, joka on varattu johonkin jännitteeseen, on myös kapasitanssi – vaikka toista levyä ei ole lähellä. Jos nostat pallon jännitettä, nouseeko juuri sen ulkopuolella oleva kenttä verrannollisesti?

• Ei – kenttä riippuu jännitteestä monimutkaisemmin.
• Kyllä – ulkokenttä on suoraan verrannollinen pallon jännitteeseen.
• Ulkokenttä ei riipu lainkaan pallon jännitteestä.

2 · Kokoa

1. Avaa eristetty pallo -esiasetus ja paina Nollaa. Pallon säde on kiinnitetty arvoon 8 cm.
2. Ota käyttöön ulkokentän voimakkuuden lukema.
3. Aseta pallon jännite jokaiselle suoritukselle ja kirjaa kenttävoimakkuus, joka on mitattu kahden pallon säteen etäisyydellä sen keskustasta.

3 · Kerää data

Kuvaa kenttävoimakkuus E (y-akseli) jännitettä V vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko viiva suora origon kautta?

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske C = 4πε₀R arvolla R = 0.08 m (sama jokaisessa suorituksessa), sitten E = V/(2R) kentälle säteellä 2R keskustasta. Vertaa molempia taulukkoon.
2. Selitä, miksi kiinteällä mittauspisteellä (tässä 2R keskustasta) ulkokenttä skaalautuu lineaarisesti pallon jännitteen kanssa – vaikka pistelatauksen kenttä itsessään vaimenee kuin 1/r².

5 · Laajenna

1. Van de Graaff -generaattori varaa eristetyn metallipallon erittäin korkeaan jännitteeseen. Sen kapasitanssi C = 4πε₀R on melko pieni laboratoriokokoiselle pallolle, mikä on juuri syy, miksi jopa vaatimaton varausmäärä voi ajaa sen erittäin korkeaan jännitteeseen (V = Q/C).
2. Maa itse käyttäytyy likimain kuin eristetty varautunut pallo, jolla on pieni negatiivinen pintavaraus. Käyttäen kaavaa C = 4πε₀R Maan säteellä (~6.4×10⁶ m), odotatko Maan kapasitanssin olevan suurempi vai pienempi kuin tämän kokeen 8 cm pallolla?

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia