แม่เหล็กไฟฟ้า
ทรงกลมตัวนำแยกเดี่ยว
ทรงกลมโดดเดี่ยวรัศมี R มี C = 4πε₀R — เปรียบเทียบค่า pF ที่แสดงกับค่าในตำรา
ทรงกลมตัวนำแยกเดี่ยว — การจำลองแม่เหล็กไฟฟ้าแบบโต้ตอบ ทรงกลมโดดเดี่ยวรัศมี R มี C = 4πε₀R — เปรียบเทียบค่า pF ที่แสดงกับค่าในตำรา ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
ความจุไฟฟ้าทรงกลม
ทรงกลมโดดเดี่ยวรัศมี R มี C = 4πε₀R — เปรียบเทียบค่าที่อ่านได้เป็น pF กับค่าในตำรา
ทรงกลมตัวนำโดดเดี่ยวรัศมี R ที่ศักย์ไฟฟ้า V เก็บประจุ Q = CV โดย C = 4πε₀R — ความจุไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรงตามรัศมี ประจุอยู่บนผิวด้านนอก ภายในตัวนำ E = 0 เปรียบเทียบค่าที่อ่านได้เป็น pF กับ 4πε₀R สำหรับรัศมีที่แสดง
- C = 4πε₀R
- U = ½CV²
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
ทรงกลมตัวนำโดดเดี่ยวหนึ่งลูกที่ชาร์จถึงศักย์ใด ๆ ก็มีความจุไฟฟ้าของตัวเอง — แม้ไม่มีแผ่นที่สองอยู่ใกล้ ถ้าเพิ่มศักย์ของทรงกลม สนามห่างผิวออกมาเพิ่มตามสัดส่วนหรือไม่
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ไม่ — สนามขึ้นกับศักย์แบบซับซ้อนกว่า
- ใช่ — สนามภายนอกแปรผันตรงกับศักย์ของทรงกลม
- สนามภายนอกไม่ขึ้นกับศักย์ของทรงกลมเลย
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ศักย์ของทรงกลม V (V)
สิ่งที่คุณวัด:
- ความจุไฟฟ้า C (pF)
- สนามภายนอก E (N/C)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ isolated-sphere แล้วกดรีเซ็ต รัศมีทรงกลมตายตัวที่ 8 cm
- เปิดค่าแสดงความเข้มสนามภายนอก
- ตั้งศักย์ของทรงกลมในแต่ละรอบ แล้วบันทึกความเข้มสนามที่วัดที่รัศมีสองเท่าจากศูนย์กลาง
สมการควบคุม
ความจุไฟฟ้าทรงกลมโดดเดี่ยว — C = 4πε₀R
ทรงกลมตัวนำอิสระรัศมี R มีค่าความจุเทียบกับที่ไกลอนันต์เป็น C = 4πε₀R ต่างจากตัวเก็บประจุแผ่นขนาน มันไม่ต้องมีตัวนำที่สองอยู่ใกล้ 'อวกาศที่เหลือทั้งหมด' ทำหน้าที่เป็นแผ่นอีกฟาก
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ C = 4πε₀R โดยใช้ R = 0.08 m (เท่ากันทุกรอบ) แล้วหา E = V/(2R) สำหรับสนามที่รัศมี 2R จากศูนย์กลาง เทียบทั้งสองค่ากับตาราง
- อธิบายว่าเหตุใดที่จุดวัดคงที่ (ที่นี่คือ 2R จากศูนย์กลาง) สนามภายนอกจึง แปรผันเชิงเส้นกับศักย์ไฟฟ้าของทรงกลม — ทั้งที่สนามของประจุจุดเองลดตาม 1/r²
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- เครื่องกำเนิดแวนเดอกราฟชาร์จทรงกลมโลหะอิสระให้แรงดันสูงมาก ค่าความจุ C = 4πε₀R ของทรงกลมขนาดห้องปฏิบัติการเล็กมาก นี่คือเหตุผลที่ประจุเพียงปานกลางก็พามันไปถึงแรงดันสูงยิ่ง (V = Q/C)
- โลกเองมีพฤติกรรมโดยประมาณเหมือนทรงกลมอิสระมีประจุที่ผิวเป็นลบเล็กน้อย จงใช้ C = 4πε₀R กับรัศมีโลก (~6.4×10⁶ m) ทำนายว่าค่าความจุของโลกจะใหญ่กว่าหรือเล็กกว่าทรงกลม 8 cm ของการทดลองนี้
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่ ทรงกลมโดดเดี่ยว
- เลือกทรงกลม
- กดเล่น
- พลังงานบนทรงกลม
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- คุณทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ