Elektromagnetizmas
Izoliuotas laidininko rutulys
Izoliuotas R spindulio rutulys turi C = 4πε₀R — palygink pF rodmuo su vadovėlio reikšme.
Izoliuotas laidininko rutulys — interaktyvi Elektromagnetizmas simuliacija. Izoliuotas R spindulio rutulys turi C = 4πε₀R — palygink pF rodmuo su vadovėlio reikšme. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Sferinė talpa
Izoliuotas R spindulio rutulys turi C = 4πε₀R — palygink pF rodmuo su vadovėlio reikšme.
Izoliuotas R spindulio laidininko rutulys potencialo V metu kaupia krūvį Q = CV su C = 4πε₀R — talpa auga tiesiškai su spinduliu. Krūvis sėdi ant išorinio paviršiaus; laidininko viduje E = 0. Palygink pF rodmuo su 4πε₀R rodomam spinduliui.
- C = 4πε₀R
- U = ½CV²
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Vienas izoliuotas laidininko rutulys, įelektrintas iki tam tikros įtampos, taip pat turi talpą — net be antros plokštumos šalia. Jei pakelsi rutulio įtampą, ar laukas vos už jo kyla proporcingai?
Svarstytini spėjimai
- Ne — laukas priklauso nuo įtampos sudėtingiau.
- Taip — išorinis laukas tiesiogiai proporcingas rutulio įtampai.
- Išorinis laukas visai nepriklauso nuo rutulio įtampos.
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Rutulio įtampa V (V)
Ką tu matauji:
- Talpa C (pF)
- Išorinis laukas E (N/C)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk „Izoliuotas įelektrintas rutulys“ eksperimentą ir spausk Atstatyti. Rutulio spindulys fiksuotas 8 cm.
- Įjunk išorinio lauko stiprio rodmuo.
- Nustatyk rutulio įtampą kiekvienam bandymui ir užsirašyk lauko stiprį, išmatuotą dvigubo rutulio spindulio atstumu nuo jo centro.
Valdančioji lygtis
Izoliuoto rutulio talpa — C = 4πε₀R
Izoliuotas R spindulio laidininko rutulys turi talpą C = 4πε₀R begalybės atžvilgiu. Skirtingai nei lygiagrečių plokštumų kondensatorius, jam nereikia antro laidininko šalia — „likusi erdvė“ veikia kaip kita plokštuma.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui apskaičiuok C = 4πε₀R naudodamas R = 0.08 m (tas pats kiekviename bandyme), tada E = V/(2R) laukui spinduliu 2R nuo centro. Palygink abu su lentele.
- Paaiškink, kodėl fiksuotame matavimo taške (čia 2R nuo centro) išorinis laukas skaluojasi tiesiškai su rutulio įtampa — nors taškinio krūvio laukas pats krenta kaip 1/r².
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Van de Graaff generatorius įkrauna izoliuotą metalinį rutulį iki labai aukštos įtampos. Jo talpa C = 4πε₀R yra gana maža laboratorinio dydžio rutuliui — būtent todėl net menkas krūvio kiekis gali jį išstumti iki itin aukštos įtampos (V = Q/C).
- Žemė pati elgiasi apytiksliai kaip izoliuotas įelektrintas rutulys su mažu neigiamu paviršiaus krūviu. Naudodamas C = 4πε₀R su Žemės spinduliu (~6.4×10⁶ m), ar tikėtumeisi Žemės talpą didesnę ar mažesnę už šio eksperimento 8 cm rutulį?
- 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
- Sveiki atvykę prie izoliuoto rutulio
- Pasirink rutulį
- Spausk Leisti
- Energija ant rutulio
- Atidaryk Savybių skydą
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →