Elettromagnetismo
Sfera conduttrice isolata
Una sfera isolata di raggio R ha C = 4πε₀R — confronta la lettura in pF con il valore da libro di testo.
Sfera conduttrice isolata — simulazione interattiva (Elettromagnetismo). Una sfera isolata di raggio R ha C = 4πε₀R — confronta la lettura in pF con il valore da libro di testo. Laboratorio virtuale di fisica gratuito nel browser con misure SI dal vivo e tutorial guidato.
Capacità sferica
Una sfera isolata di raggio R ha C = 4πε₀R — confronta la lettura in pF col valore da libro di testo.
Una sfera conduttrice isolata di raggio R al potenziale V immagazzina carica Q = CV con C = 4πε₀R — la capacità cresce linearmente col raggio. La carica siede sulla superficie esterna; dentro il conduttore E = 0. Confronta la lettura in pF con 4πε₀R per il raggio mostrato.
- C = 4πε₀R
- U = ½CV²
Sintesi dell'indagine
Pianifica la domanda prima di aprire il laboratorio
La sintesi riprende la pagina pre-renderizzata: domanda guida, previsioni concorrenti, ruoli delle variabili, leggi dominanti, procedura, analisi ed estensioni restano visibili e in quest'ordine.
Domanda guida
Una sfera conduttrice isolata, carica a una certa tensione, ha una capacità pure senza una seconda piastra vicina. Alzando la sua tensione, il campo appena fuori cresce in proporzione?
Previsioni da valutare
- No: dipende in modo più complesso.
- Sì: il campo esterno è proporzionale alla tensione.
- Il campo esterno non dipende dalla tensione.
Ruoli delle variabili
Cosa imposti tu:
- Tensione sfera V (V)
Cosa misuri:
- Capacità C (pF)
- Campo esterno E (N/C)
Come si svolge l'indagine
- Apri il preset sfera isolata e premi Reimposta. Il raggio è fissato a 8 cm.
- Attiva la lettura del campo esterno.
- Imposta la tensione della sfera per ogni prova e registra il campo al doppio del raggio dal centro.
Equazione che governa
Capacità della sfera isolata — C = 4πε₀R
Una sfera conduttrice isolata di raggio R ha capacità C = 4πε₀R rispetto all'infinito. A differenza di un condensatore a armature piane, non necessita di un secondo conduttore vicino — «il resto dello spazio» funge dall'altra armatura.
Cosa il foglio stampabile chiede di ricavare agli studenti
- Per una prova, calcola C = 4πε₀R usando R = 0.08 m (uguale in ogni prova), poi E = V/(2R) per il campo a raggio 2R dal centro. Confronta entrambi con la tabella.
- Spiega perché a punto di misura fisso (2R dal centro) il campo esterno scala linearmente con la tensione — benché il campo di una carica puntiforme cali come 1/r².
Dove si ritrova fuori dal laboratorio
- Un generatore di Van de Graaff carica una sfera metallica isolata a voltaggio altissimo. La sua capacità C = 4πε₀R è piuttosto piccola per una sfera da laboratorio, ed è esattamente perché persino una modesta quantità di carica può spingerla a voltaggi estremi (V = Q/C).
- La Terra stessa si comporta approssimativamente come una sfera isolata carica con una piccola carica superficiale negativa. Usando C = 4πε₀R con il raggio terrestre (~6.4×10⁶ m), ti aspetteresti che la capacità terrestre fosse maggiore o minore di quella della sfera da 8 cm di questo esperimento?
- 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
- Benvenuto alla sfera isolata
- Seleziona la sfera
- Premi Play
- Energia su una sfera
- Apri il pannello Proprietà
- Ce l'hai fatta!
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