Ізольована заряджена сфера

1 · Прогноз

Окрема ізольована провідна сфера, заряджена до певної напруги, теж має електроємність — навіть без другої пластини поруч. Якщо підняти напругу сфери, поле одразу за нею зростає пропорційно?

• Ні — поле залежить від напруги складніше.
• Так — зовнішнє поле прямо пропорційне напрузі сфери.
• Зовнішнє поле взагалі не залежить від напруги сфери.

2 · Установка

1. Відкрийте пресет ізольованої сфери та натисніть «Скинути». Радіус сфери фіксований 8 см.
2. Увімкніть показ напруженості зовнішнього поля.
3. Задайте напругу сфери для кожного заміру та запишіть напруженість поля, виміряну на подвійному радіусі сфери від центру.

3 · Збір даних

Побудуйте графік напруженості E (вісь y) проти напруги V (вісь x) для трьох замірів. Чи пряма лінія через початок?

4 · Аналіз

1. Для одного заміру обчисліть C = 4πε₀R з R = 0.08 м (те саме в кожному), потім E = V/(4R) для поля на радіусі 2R від центру — це випливає з E = V·R/r² при r = 2R. Порівняйте обидва з таблицею.
2. Поясніть, чому у фіксованій точці вимірювання (тут 2R від центру) зовнішнє поле масштабується лінійно з напругою сфери — це саме те, чого слід очікувати із закону 1/r² для точкового заряду, адже зовнішнє поле ізольованої зарядженої сфери збігається з полем точкового заряду в її центрі (змінення самого лише V при фіксованому r завжди дає лінійну залежність — залежність 1/r² стосується відстані, а не напруги).

5 · Поглиблення

1. Генератор Ван де Граафа заряджає ізольовану металеву сферу до дуже високої напруги. Її електроємність C = 4πε₀R зовсім мала для лабораторної сфери, і саме тому навіть скромний заряд може підняти її до надзвичайно високої напруги (V = Q/C).
2. Сама Земля поводиться приблизно як ізольована заряджена сфера з малим від'ємним поверхневим зарядом. Використовуючи C = 4πε₀R з радіусом Землі (~6.4×10⁶ м), ви очікували б електроємність Землі більшою чи меншою за сферу 8 см цього експерименту?

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту

138 безкоштовних друкованих робочих аркушів з фізики