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/(4R) pentru câmpul la raza 2R față de centru — aceasta provine din E = V·R/r² cu r = 2R. 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 — acesta este exact rezultatul așteptat din legea 1/r² a unei sarcini punctiforme, deoarece câmpul exterior al unei sfere încărcate izolate este identic cu cel al unei sarcini punctiforme aflate în centrul ei (varierea doar a V, la r fix, dă întotdeauna o relație liniară — dependența 1/r² ține de distanță, nu de tensiune).

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