Satu Sfera Bercas Terasing

1 · Ramal

Satu sfera konduktor terasing tunggal, dicaskan kepada sesuatu voltan, juga mempunyai kemuatan -- walaupun tiada plat kedua berhampiran. Jika anda menaikkan voltan sfera, adakah medan betul-betul di luarnya naik berkadar?

• Tidak -- medan bergantung pada voltan dengan cara lebih kompleks.
• Ya -- medan luar berkadar terus dengan voltan sfera.
• Medan luar tidak bergantung pada voltan sfera langsung.

2 · Susun

1. Buka praset sfera-terasing dan tekan Set semula. Jejari sfera ditetapkan pada 8 cm.
2. Aktifkan bacaan kekuatan-medan-luar.
3. Tetapkan voltan sfera bagi setiap percubaan dan rekod kekuatan medan diukur pada dua kali jejari sfera daripada pusatnya.

3 · Kumpul Data

Plot kekuatan medan E (paksi-y) melawan voltan V (paksi-x) bagi tiga percubaan anda. Adakah garisnya lurus melalui asal?

4 · Analisis

1. Bagi satu percubaan, kira C = 4πε₀R menggunakan R = 0.08 m (sama dalam setiap percubaan), kemudian E = V/(4R) bagi medan pada jejari 2R daripada pusat -- ini datang daripada E = V·R/r² dengan r = 2R. Bandingkan kedua-duanya dengan jadual.
2. Terangkan mengapa, pada titik ukuran tetap (di sini, 2R daripada pusat), medan luar berskala linear dengan voltan sfera -- inilah tepat apa yang andajangkan daripada hukum 1/r² cas titik, kerana medan luar sfera bercas terasing serupa dengan cas titik di pusatnya (memvariasikan V sahaja, pada r tetap, sentiasa memberi hubungan linear -- kebergantungan 1/r² adalah pada jarak, bukan voltan).

5 · Lanjutkan

1. Satu penjana Van de Graaff mencaskan satu sfera logam terasing kepada voltan sangat tinggi. Kemuatannya C = 4πε₀R agak kecil bagi sfera bersaiz makmal, dan itulah sebabnya jumlah cas sederhana pun boleh memacaknya ke voltan sangat tinggi (V = Q/C).
2. Bumi sendiri berkelakuan lebih kurang seperti satu sfera bercas terasing dengan cas permukaan negatif kecil. Menggunakan C = 4πε₀R dengan jejari Bumi (~6.4×10⁶ m), adakah andajangkan kemuatan Bumi lebih besar atau lebih kecil daripada sfera 8 cm eksperimen ini?

Fizik di Sebalik Eksperimen Ini

← Kembali ke eksperimen

138 Lembaran Kerja Makmal Fizik Boleh Cetak Percuma