En isolerad laddad sfär

1 · Förutsäg

En enda isolerad ledande sfär, laddad till någon spänning, har också en kapacitans — även utan någon andra platta i närheten. Om du höjer sfärens spänning, stiger då fältet precis utanför den proportionellt?

• Nej — fältet beror av spänningen på ett mer komplext sätt.
• Ja — det yttre fältet är direkt proportionellt mot sfärens spänning.
• Det yttre fältet beror inte alls av sfärens spänning.

2 · Uppbyggnad

1. Öppna förinställningen Isolerad sfär och tryck på Återställ. Sfärens radie är fast på 8 cm.
2. Aktivera avläsningen av den yttre fältstyrkan.
3. Ställ in sfärens spänning för varje försök och notera fältstyrkan uppmätt på dubbelt så stort radieavstånd från centrum.

3 · Samla data

Rita fältstyrkan E (y-axeln) mot spänningen V (x-axeln) för dina tre försök. Är linjen rät och genom origo?

4 · Analysera

1. Beräkna för ett försök C = 4πε₀R med R = 0.08 m (samma i vartenda försök), sedan E = V/(2R) för fältet vid radien 2R från centrum. Jämför båda med tabellen.
2. Förklara varför, vid en fast mätpunkt (här 2R från centrum), det yttre fältet skalas linjärt med sfärens spänning — även om en punktladdnings fält i sig avtar som 1/r².

5 · Utvidga

1. En van de Graaff-generator laddar en isolerad metallsfär till mycket hög spänning. Dess kapacitans C = 4πε₀R är ganska liten för en laboratoriestor sfär, och det är precis därför även en blygsam mängd laddning kan driva den till extremt hög spänning (V = Q/C).
2. Jorden själv uppför sig ungefär som en isolerad laddad sfär med en liten negativ ytladdning. Med C = 4πε₀R och jordens radie (~6.4×10⁶ m) — skulle du förvänta dig att jordens kapacitans är större eller mindre än detta experiments sfär på 8 cm?

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik