Elektromagnētisms

Izolēta vadītājsfēra

Izolētai sfērai ar rādiusu R ir C = 4πε₀R — salīdzini pF rādījumu ar vērtību no mācību grāmatas.

Izolēta vadītājsfēra — interaktīva Elektromagnētisms simulācija. Izolētai sfērai ar rādiusu R ir C = 4πε₀R — salīdzini pF rādījumu ar vērtību no mācību grāmatas. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Sfēriska kapacitāte

Izolētai sfērai ar rādiusu R ir C = 4πε₀R — salīdzini pF rādījumu ar vērtību no mācību grāmatas.

Izolēta vadītājsfēra ar rādiusu R pie potenciāla V uzkrāj lādiņu Q = CV ar C = 4πε₀R — kapacitāte aug lineāri ar rādiusu. Lādiņš sēž uz ārējās virsmas; vadītāja iekšpusē E = 0. Salīdzini pF rādījumu ar 4πε₀R parādīto rādiusu.

• C = 4πε₀R
• U = ½CV²

Izpētes kopsavilkums

Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju

Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.

Virzošais jautājums

Viena izolēta vadītājsfēra, uzlādēta līdz kādam spriegumam, arī ir kapacitāte — pat bez otrās plāksnes tuvumā. Ja tu paaugstini sfēras spriegumu, vai lauks tieši ārpus tās ceļas proporcionali?

Prognozes, ko svērt

• Nē — lauks atkarīgs no sprieguma sarežģītākā veidā.
• Jā — ārējais lauks ir tieši proporcionāls sfēras spriegumam.
• Ārējais lauks nav atkarīgs no sfēras sprieguma vispār.

Lielumu lomas

Ko tu iestati:

• Sfēras spriegums V (V)

Ko tu mēri:

• Kapacitāte C (pF)
• Ārējais lauks E (N/C)

Kā izpēte norit

1. Atver izolētās sfēras eksperimentu un nospied Atiestatīt. Sfēras rādiuss ir fiksēts 8 cm.
2. Ieslēdz ārējā lauka stipruma rādījumu.
3. Iestati sfēras spriegumu katram mēģinājumam un ieraksti lauka stiprumu, izmērītu divos sfēras rādiusos no tās centra.

Noteicošais vienādojums

Izolētās sfēras kapacitāte — C = 4πε₀R

Izolētai vadītājsfērai ar rādiusu R ir kapacitāte C = 4πε₀R attiecībā pret bezgalību. Atšķirībā no plākšņu kondensatora, tai nav vajadzīgs otrs vadītājs tuvumā — „pārējā telpa” darbojas kā otra plāksne.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Vienam mēģinājumam izrēķini C = 4πε₀R ar R = 0.08 m (tas pats katrā mēģinājumā), tad E = V/(2R) laukam rādiusā 2R no centra. Salīdzini abus ar tabulu.
• Izskaidro, kāpēc pie fiksēta mērīšanas punkta (šeit 2R no centra) ārējais lauks skalējas lineāri ar sfēras spriegumu — kaut punkta lādiņa lauks pats dilst kā 1/r².

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Van de Graaff ģenerators uzlādē izolētu metāla sfēru līdz ļoti augstam spriegumam. Tās kapacitāte C = 4πε₀R ir diezgan maza laboratorijas izmēra sfērai — tieši tāpēc pat pieticīgs lādiņa daudzums var uzkāpt tai līdz ārkārtīgi augstam spriegumam (V = Q/C).
• Zeme pati uzvedas aptuveni kā izolēta uzlādēta sfēra ar nelielu negatīvu virsmas lādiņu. Izmantojot C = 4πε₀R ar Zemes rādiusu (~6.4×10⁶ m), vai tu sagaidītu, ka Zemes kapacitāte ir lielāka vai mazāka nekā šī eksperimenta 8 cm sfēra?

• 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

1. Sveicināts izolētās sfēras eksperimentā
2. Atlasīts sfēru
3. Nospied „Atskaņot”
4. Enerģija uz sfēras
5. Atver Īpašību paneli
6. Tev izdevās!

Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.

Atvērt interaktīvo laboratoriju →

Lejupielādēt darba lapu →

Kapacitāte