Elektromagnetizmus
Izolovaná vodivá guľa
Izolovaná guľa s polomerom R má C = 4πε₀R — porovnaj odčítanie v pF s učebnicovou hodnotou.
Izolovaná vodivá guľa — interaktívna simulácia Elektromagnetizmus. Izolovaná guľa s polomerom R má C = 4πε₀R — porovnaj odčítanie v pF s učebnicovou hodnotou. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.
Guľová kapacita
Izolovaná guľa s polomerom R má C = 4πε₀R — porovnaj odčítanie v pF s učebnicovou hodnotou.
Izolovaná vodivá guľa s polomerom R na potenciáli V ukladá náboj Q = CV s C = 4πε₀R — kapacita rastie lineárne s polomerom. Náboj sedí na vonkajšom povrchu; vo vnútri vodiča E = 0. Porovnaj odčítanie v pF s 4πε₀R pre zobrazený polomer.
- C = 4πε₀R
- U = ½CV²
Prehľad skúmania
Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória
Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.
Hlavná otázka
Jediná izolovaná vodivá guľa, nabitá na nejaké napätie, má tiež kapacitu — aj bez druhej dosky v blízkosti. Ak zvýšiš napätie gule, stúpa pole tesne vonku úmerne?
Predikcie na zváženie
- Nie — pole závisí na napätí zložitejšie.
- Áno — vonkajšie pole je priamo úmerné napätiu gule.
- Vonkajšie pole vôbec nezávisí na napätí gule.
Úlohy premenných
Čo nastavuješ:
- Napätie gule V (V)
Čo meriaš:
- Kapacita C (pF)
- Vonkajšie pole E (N/C)
Ako skúmanie prebieha
- Otvor predvolbu izolovaná guľa a stlač Resetovať. Polomer gule je pevne 8 cm.
- Zapni odčítanie vonkajšej intenzity poľa.
- Nastav napätie gule pre každý pokus a zaznamenaj intenzitu poľa meranú vo dvojnásobku polomeru gule od jej stredu.
Riadiaca rovnica
Kapacita izolovanej gule — C = 4πε₀R
Izolovaná vodivá guľa s polomerom R má kapacitu C = 4πε₀R vzhľadom na nekonečno. Na rozdiel od deskového kondenzátora nepotrebuje druhý vodič v blízkosti — „zvyšok vesmíru“ funguje ako druhá doska.
Čo má študentov naučiť tlačiteľný list
- Pre jeden pokus vypočítaj C = 4πε₀R s R = 0.08 m (rovnaké v každom pokuse), potom E = V/(2R) pre pole pri polomere 2R od stredu. Porovnaj obe s tabuľkou.
- Vysvetli, prečo pri pevnom meracom bode (tu 2R od stredu) vonkajšie pole rastie lineárne s napätím gule — hoci samotné pole bodového náboja klesá ako 1/r².
Kde sa to objavuje mimo laboratória
- Van de Graaffov generátor nabíja izolovanú kovovú guľu na veľmi vysoké napätie. Jej kapacita C = 4πε₀R je dosť malá pre guľu laboratórnej veľkosti, čo je presne dôvod, prečo aj skromné množstvo náboja ju môže doviesť na extrémne vysoké napätie (V = Q/C).
- Samotná Zem sa približne správa ako izolovaná nabitá guľa s malým záporným povrchovým nábojom. Pomocou C = 4πε₀R s polomerom Zeme (~6.4×10⁶ m) — očakával by si kapacitu Zeme väčšiu alebo menšiu než guľa 8 cm tohto experimentu?
- 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
- Vitaj pri izolovanej guli
- Vyber guľu
- Stlač Prehrať
- Energia na guli
- Otvor panel Vlastnosti
- Zvládol si to!
Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.
Otvoriť interaktívne laboratórium →