Elektromagnetisme
Isolert ledende kule
En isolert kule med radius R har C = 4πε₀R — sammenlign pF-avlesningen med lærebokverdien.
Isolert ledende kule — interaktiv Elektromagnetisme-simulering. En isolert kule med radius R har C = 4πε₀R — sammenlign pF-avlesningen med lærebokverdien. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.
Kulekapasitans
En isolert kule med radius R har C = 4πε₀R — sammenlign pF-avlesningen med lærebokverdien.
En isolert ledende kule med radius R ved potensial V lagrer ladning Q = CV med C = 4πε₀R — kapasitansen vokser lineært med radius. Ladningen sitter på den ytre overflaten; inne i lederen er E = 0. Sammenlign pF-avlesningen med 4πε₀R for den viste radiusen.
- C = 4πε₀R
- U = ½CV²
Undersøkelsesgrunnlag
Planlegg spørsmålet før du åpner labben
Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.
Problemstilling
En enkelt isolert ledende kule, ladet til en spenning, har også en kapasitans — selv uten noen andre plate i nærheten. Hvis du hever kulens spenning, stiger feltet like utenfor den proporsjonalt?
Prediksjoner å veie
- Nei — feltet avhenger av spenningen på en mer kompleks måte.
- Ja — ytterfeltet er direkte proporsjonalt med kulens spenning.
- Ytterfeltet avhenger ikke av kulens spenning i det hele tatt.
Variabelroller
Hva du setter:
- Kulespenning V (V)
Hva du måler:
- Kapasitans C (pF)
- Ytterfelt E (N/C)
Hvordan undersøkelsen foregår
- Åpne isolert-kule-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Kulens radius er fast ved 8 cm.
- Aktiver ytterfelt-styrke-avlesningen.
- Sett kulens spenning for hvert forsøk og registrer feltstyrken målt ved dobbel kulens radius fra sentrum.
Styrende likning
Isolert kule-kapasitans — C = 4πε₀R
En isolert ledende sfære med radius R har kapasitans C = 4πε₀R i forhold til det uendelige. I motsetning til en parallellplate-kondensator trenger den ingen andre leder i nærheten — «resten av rommet» fungerer som den andre platen.
Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut
- For ett forsøk, beregn C = 4πε₀R med R = 0,08 m (samme i hvert forsøk), deretter E = V/(2R) for feltet ved radius 2R fra sentrum. Sammenlign begge med tabellen.
- Forklar hvorfor, ved et fast målepunkt (her 2R fra sentrum), skalerer ytterfeltet lineært med kulens spenning — selv om en punktladnings felt i seg selv avtar som 1/r².
Hvor dette dukker opp utenfor labben
- En Van de Graaff-generator lader en isolert metalsfære til svært høy spenning. Kapasitansen C = 4πε₀R er ganske liten for en lab-størrelse sfære, og det er nøyaktig derfor selv en beskjeden mengde ladning kan drive den til ekstremt høy spenning (V = Q/C).
- Jorden selv oppfører seg omtrent som en isolert ladet sfære med en liten negativ overfladeladning. Med C = 4πε₀R og Jordens radius (~6,4×10⁶ m), ville du forvente at Jordens kapasitans var større eller mindre enn dette eksperimentets 8 cm-sfære?
- 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
- Velkommen til Isolert kule
- Velg kulen
- Trykk Spill av
- Energi på en kule
- Åpne Egenskaper-panelet
- Du klarte det!
Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.