Izolirana nabijena kugla

1 · Predviđanje

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?

• Ne — polje ovisi o naponu složenije.
• Da — vanjsko polje izravno je razmjerno naponu kugle.
• Vanjsko polje uopće ne ovisi o naponu kugle.

2 · Postava

1. Otvori postav isolated-sphere i pritisni Resetiraj. Polumjer kugle fiksiran je na 8 cm.
2. Omogući očitanje jakosti vanjskog polja.
3. Postavi napon kugle za svaki pokušaj i zabilježi jakost polja izmjerenu na dvostrukom polumjeru kugle od središta.

3 · Prikupljanje podataka

Nacrtaj jakost polja E (y-os) naspram napona V (x-os) za svoja tri pokušaja. Je li crta pravac kroz ishodište?

4 · Analiza

1. Za jedan pokušaj izračunaj C = 4πε₀R koristeći R = 0.08 m (isto u svakom pokušaju), zatim E = V/(4R) za polje na polumjeru 2R od središta — to slijedi iz E = V·R/r² uz r = 2R. Usporedi oba s tablicom.
2. Objasni zašto, na fiksnoj mjernoj točki (ovdje 2R od središta), vanjsko polje skalira linearno s naponom kugle — to je upravo ono što se očekuje iz 1/r² zakona točkastog naboja, jer je vanjsko polje izolirane nabijene kugle identično polju točkastog naboja u njezinu središtu (mijenjanje samog V pri fiksnom r uvijek daje linearnu vezu — 1/r² ovisnost odnosi se na udaljenost, ne na napon).

5 · Proširenje

1. 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).
2. 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?

Fizika iza ovog pokusa

← Natrag na pokus

138 besplatnih radnih listova iz fizike za ispis