Bola Bermuatan Terisolasi
1 · Memprediksi
Sebuah bola penghantar terisolasi, yang diisi dengan tegangan tertentu, juga memiliki kapasitansi - bahkan tanpa pelat kedua di dekatnya. Jika tegangan bola dinaikkan, apakah medan di luarnya meningkat secara proporsional?
- Tidak - medan bergantung pada tegangan dengan cara yang lebih kompleks.
- Ya — medan luar berbanding lurus dengan tegangan bola.
- Medan luar sama sekali tidak bergantung pada tegangan bola.
2 · Pengaturan
- Buka preset bola terisolasi dan tekan Reset. Jari-jari bola ditetapkan sebesar 8 cm.
- Aktifkan pembacaan kekuatan medan eksterior.
- Tetapkan tegangan bola untuk setiap percobaan dan catat kuat medan yang diukur pada dua kali radius bola dari pusatnya.
3 · Kumpulkan Data
| Tegangan bola V (V) | Kapasitansi C (pF) | Medan luar E (N/C) |
|---|---|---|
| 2000.00 | ||
| 5000.00 | ||
| 8000.00 |
Plot kuat medan E (sumbu y) terhadap tegangan V (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Apakah garis tersebut lurus melalui titik asal?
4 · Analisis
- ... kemudian E = V/(4R) untuk medan pada radius 2R dari pusat — ini berasal dari E = V·R/r² dengan r = 2R. Bandingkan keduanya dengan tabel.
- Jelaskan mengapa, pada titik pengukuran tetap (di sini, 2R dari pusat), medan luar berskala linier dengan tegangan bola — inilah tepat yang diharapkan dari hukum 1/r² muatan titik, karena medan luar bola bermuatan terisolasi identik dengan muatan titik di pusatnya (memvariasikan hanya V, pada r tetap, selalu memberikan hubungan linier — ketergantungan 1/r² ada pada jarak, bukan pada tegangan).
5 · Perluas
- Generator Van de Graaff mengisi bola logam terisolasi hingga tegangan sangat tinggi. Kapasitansinya C = 4πε₀R cukup kecil untuk bola berukuran laboratorium, itulah sebabnya muatan dalam jumlah kecil pun dapat mendorongnya ke tegangan yang sangat tinggi (V = Q/C).
- Bumi sendiri berperilaku kira-kira seperti bola bermuatan terisolasi dengan muatan permukaan negatif yang kecil. Menggunakan C = 4 πε₀R dengan radius bumi (~6.4×10⁶ m), apakah Anda mengharapkan kapasitansi bumi lebih besar atau lebih kecil dari bola 8 cm percobaan ini?
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Kapasitansi Bola Terisolasi
Sebuah bola penghantar terisolasi berjari-jari R mempunyai kapasitansi C = 4πε₀R relatif terhadap tak terhingga. Berbeda dengan kapasitor pelat sejajar, kapasitor ini tidak memerlukan konduktor kedua di dekatnya — 'sisa ruang' bertindak sebagai pelat lainnya.
Elektromagnetisme
- Hukum Coulomb: Medan di Sekitar Muatan Titik
- Dipol Listrik: Superposisi Dua Muatan Berlawanan
- Medan Garis Muatan Terbatas
- Kapasitor Pelat Sejajar: Muatan dan Penyimpanan Energi
- Kapasitor Asli yang Cocok dengan Komponen Rangkaian
- Gaya Lorentz: Muatan Bergerak dalam Medan Magnet
- Medan Magnet pada Kawat Berarus
- Medan Magnet Di Dalam Solenoid
- Hukum Faraday: EMF dari Medan yang Berubah
- Hukum Faraday: EMF dari Area yang Berubah
- Hukum Faraday: Medan dan Luas Berubah Sekaligus
- Impedansi RLC vs. Frekuensi Penggerak: Menemukan Resonansi
138 Lembar Kerja Laboratorium Fisika Gratis yang Bisa Dicetak