Isang Nahiwalay na Charged Sphere

1 · Humula

Ang nag-iisang hiwalay na conducting sphere, na charged sa isang boltahe, ay may capacitance rin — kahit walang kalapit na pangalawang plate. Kung itinaas mo ang boltahe ng sphere, tataas ba nang proporsyonal ang field sa labas nito?

• Hindi — mas komplikadong nakadepende ang field sa boltahe.
• Oo — diretang proporsyonal ang panlabas na field sa boltahe ng sphere.
• Hindi nakadepende sa boltahe ng sphere ang panlabas na field.

2 · Mag-set Up

1. Buksan ang isolated-sphere preset at pindutin ang I-reset. Nakapirmi ang radius ng sphere sa 8 cm.
2. I-enable ang exterior field-strength readout.
3. Itakda ang boltahe ng sphere sa bawat trial at itala ang field strength na sinusukat sa dalawang beses ng radius mula sa gitna.

3 · Mangulekta ng Data

I-plot ang field strength E (y-axis) laban sa boltahe V (x-axis) para sa tatlong trial. Tuwid ba sa pinagmulan?

4 · Mag-analisa

1. Para sa isang trial, kalkulahin ang C = 4πε₀R gamit ang R = 0.08 m (pareho sa bawat trial), tapos ang E = V/(4R) para sa field sa radius 2R mula sa gitna — ito ay nagmumula sa E = V·R/r² na may r = 2R. Ihambing ang dalawa sa table.
2. Ipaliwanag kung bakit, sa nakatakdang punto ng pagsukat (dito, 2R mula sa gitna), linyar na sumusunod sa boltahe ng sphere ang panlabas na field — ito mismo ang inaasahan mula sa 1/r² law ng point charge, dahil ang panlabas na field ng hiwalay na naka-charge na sphere ay kapareho ng isang point charge sa gitna nito (ang pagbabago lamang ng V, sa nakatakdang r, ay laging nagbibigay ng linyar na relasyon — ang 1/r² dependence ay nasa distansya, hindi sa boltahe).

5 · Palawakin

1. Ang Van de Graaff generator ay nagcha-charge ng hiwalay na metal sphere sa napakataas na boltahe. Napakaliit ng capacitance C = 4πε₀R nito para sa lab-sized na sphere, at iyon mismo ang dahilan kung bakit kahit katamtamang charge ay makakapagtulak dito ng napakataas na boltahe (V = Q/C).
2. Ang mismong Earth ay kumikilos na tinatayang hiwalay na charged sphere na may maliit na negatibong surface charge. Gamit ang C = 4πε₀R at radius ng Earth (~6.4×10⁶ m), mas malaki o mas maliit kaya ang capacitance ng Earth kaysa sa 8 cm na sphere ng experiment na ito?

Ang Physics sa Likod ng Experiment na Ito

← Bumalik sa experiment

138 Libreng Napi-print na Physics Lab Worksheet