Elektromagnetizam
Izolirana vodljiva kugla
Izolirana kugla polumjera R ima C = 4πε₀R — usporedi očitanje u pF s udžbeničkom vrijednošću.
Izolirana vodljiva kugla — interaktivna simulacija: Elektromagnetizam. Izolirana kugla polumjera R ima C = 4πε₀R — usporedi očitanje u pF s udžbeničkom vrijednošću. Besplatan virtualni laboratorij fizike u pregledniku sa SI mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Kuglasti kapacitet
Izolirana kugla polumjera R ima C = 4πε₀R — usporedi očitanje u pF s udžbeničkom vrijednošću.
Izolirana vodljiva kugla polumjera R na potencijalu V pohranjuje naboj Q = CV uz C = 4πε₀R — kapacitet raste linearno s polumjerom. Naboj sjedi na vanjskoj površini; unutar vodiča E = 0. Usporedi očitanje u pF s 4πε₀R za prikazani polumjer.
- C = 4πε₀R
- U = ½CV²
Sažetak istraživanja
Isplaniraj pitanje prije nego otvoriš laboratorij
Sažetak odražava unaprijed prikazanu stranicu: središnje pitanje, suprotstavljena predviđanja, uloge varijabli, odgovarajući zakoni, postava, analiza i poticaji za proširenje ostaju vidljivi i u ovom redoslijedu.
Središnje pitanje
Jedna izolirana vodljiva kugla, nabijena na neki napon, također ima kapacitet — čak i bez druge ploče u blizini. Ako podigneš napon kugle, raste li polje tik izvana razmjerno?
Predviđanja za odvagnuti
- Ne — polje ovisi o naponu složenije.
- Da — vanjsko polje izravno je razmjerno naponu kugle.
- Vanjsko polje uopće ne ovisi o naponu kugle.
Uloge varijabli
Što postavljaš:
- Napon kugle V (V)
Što mjeriš:
- Kapacitet C (pF)
- Vanjsko polje E (N/C)
Kako istraživanje teče
- Otvori postav isolated-sphere i pritisni Resetiraj. Polumjer kugle fiksiran je na 8 cm.
- Omogući očitanje jakosti vanjskog polja.
- Postavi napon kugle za svaki pokušaj i zabilježi jakost polja izmjerenu na dvostrukom polumjeru kugle od središta.
Odgovarajuća jednadžba
Kapacitet izolirane kugle — C = 4πε₀R
Izolirana vodljiva kugla polumjera R ima kapacitet C = 4πε₀R u odnosu na beskonačnost. Za razliku od kondenzatora s paralelnim pločama, ne treba joj drugi vodič u blizini — „ostatak prostora“ djeluje kao druga ploča.
Što ispisivi radni list traži od učenika da izrade
- Za jedan pokušaj izračunaj C = 4πε₀R koristeći R = 0.08 m (isto u svakom pokušaju), zatim E = V/(2R) za polje na polumjeru 2R od središta. Usporedi oba s tablicom.
- Objasni zašto, na fiksnoj mjernoj točki (ovdje 2R od središta), vanjsko polje skalira linearno s naponom kugle — iako samo polje točkastog naboja opada kao 1/r².
Gdje se ovo pojavljuje izvan laboratorija
- Van de Graaffov generator nabija izoliranu metalnu kuglu na vrlo visok napon. Njezin kapacitet C = 4πε₀R prilično je malen za kuglu laboratorijske veličine, što je točno razlog zašto i skroman naboj može odvesti na iznimno visok napon (V = Q/C).
- Zemlja se sama približno ponaša kao izolirana nabijena kugla s malim negativnim površinskim nabojem. Koristeći C = 4πε₀R s polumjerom Zemlje (~6.4×10⁶ m), očekuješ li da je kapacitet Zemlje veći ili manji od kugle od 8 cm ovog pokusa?
- 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
- Dobro došli u izoliranu kuglu
- Odaberi kuglu
- Pritisni Pokreni
- Energija na kugli
- Otvori ploču Svojstva
- Uspjelo ti je!
Otvori interaktivnu simulaciju za izgradnju scene, pritisni Pokreni i istražuj s mjerenjima u stvarnom vremenu i vođenim tutorijalom.
Otvori interaktivni laboratorij →