O sferă izolată încărcată

1 · Prezice

O singură sferă conductoare izolată, încărcată la o tensiune oarecare, are și ea capacitate — chiar fără a doua placă aproape. Dacă îi ridici tensiunea sferei, câmpul chiar în exteriorul ei urcă proporțional?

• Nu — câmpul depinde de tensiune într-un mod mai complex.
• Da — câmpul exterior este direct proporțional cu tensiunea sferei.
• Câmpul exterior nu depinde deloc de tensiunea sferei.

2 · Montaj

1. Deschide presetarea isolated-sphere și apasă Resetează. Raza sferei este fixă la 8 cm.
2. Activează citirea intensității câmpului exterior.
3. Setează tensiunea sferei pentru fiecare încercare și înregistrează intensitatea câmpului măsurată la dublul razei sferei față de centru.

3 · Colectează date

Plotează intensitatea câmpului E (axa y) în funcție de tensiunea V (axa x) pentru cele trei încercări. Linia este dreaptă prin origine?

4 · Analizează

1. Pentru o încercare, calculează C = 4πε₀R folosind R = 0.08 m (la fel în fiecare încercare), apoi E = V/(2R) pentru câmpul la raza 2R față de centru. Compară ambele cu tabelul.
2. Explică de ce, la un punct de măsurare fix (aici, 2R față de centru), câmpul exterior scalează liniar cu tensiunea sferei — deși câmpul unei sarcini punct scade el însuși ca 1/r².

5 · Extinde

1. Un generator Van de Graaff încarcă o sferă metalică izolată la tensiune foarte înaltă. Capacitatea ei C = 4πε₀R este destul de mică pentru o sferă de laborator, tocmai de aceea chiar și o cantitate modestă de sarcină o poate duce la tensiune extrem de înaltă (V = Q/C).
2. Pământul însuși se comportă aproximativ ca o sferă izolată încărcată, cu o mică sarcină negativă de suprafață. Folosind C = 4πε₀R cu raza Pământului (~6.4×10⁶ m), te-ai aștepta ca capacitatea Pământului să fie mai mare sau mai mică decât sfera de 8 cm a acestui experiment?

Fizica din spatele acestui experiment

← Înapoi la experiment

138 de fișe de laborator de fizică tipăribile gratuit