Một quả cầu tích điện cô lập

1 · Dự đoán

Một quả cầu dẫn điện cách ly, được tích điện đến một điện áp nào đó, cũng có điện dung - ngay cả khi không có tấm thứ hai ở gần đó. Nếu bạn tăng điện áp của quả cầu thì điện trường ngay bên ngoài nó có tăng theo tỷ lệ không?

• Không - trường phụ thuộc vào điện áp theo cách phức tạp hơn.
• Có - trường bên ngoài tỷ lệ thuận với điện áp của quả cầu.
• Trường bên ngoài hoàn toàn không phụ thuộc vào điện áp của quả cầu.

2 · Thiết lập

1. Mở cài đặt trước hình cầu biệt lập và nhấn Đặt lại. Bán kính của quả cầu cố định là 8 cm.
2. Kích hoạt tính năng đọc cường độ trường bên ngoài.
3. Đặt điện áp của quả cầu cho mỗi lần thử và ghi lại cường độ trường đo được ở khoảng cách gấp đôi bán kính của quả cầu tính từ tâm của nó.

3 · Thu thập dữ liệu

Vẽ biểu đồ cường độ trường E (trục y) theo điện áp V (trục x) cho ba lần thử của bạn. Đường thẳng có đi qua gốc tọa độ không?

4 · Phân tích

1. Đối với một lần thử, hãy tính C = 4 πε₀R bằng R = 0.08 m (giống nhau trong mọi lần thử), sau đó tính E = V/(2R) cho trường ở bán kính 2 R từ tâm. So sánh cả hai với bảng.
2. Giải thích tại sao, tại một điểm đo cố định (ở đây là 2R tính từ tâm), trường bên ngoài tỷ lệ tuyến tính với điện áp của quả cầu - mặc dù bản thân trường của điện tích điểm giảm xuống 1/r².

5 · Gia hạn

1. Máy phát điện Van de Graaff sạc một quả cầu kim loại bị cô lập đến điện áp rất cao. Điện dung C = 4πε₀R của nó khá nhỏ đối với một quả cầu cỡ phòng thí nghiệm, đó chính xác là lý do tại sao ngay cả một lượng điện tích khiêm tốn cũng có thể khiến nó đạt điện áp cực cao (V = Q/C).
2. Bản thân Trái đất hoạt động gần giống như một quả cầu tích điện cô lập với bề mặt mang điện tích âm nhỏ. Sử dụng C = 4 πε₀R với bán kính Trái đất (~6.4×10⁶ m), bạn mong đợi điện dung của Trái đất lớn hơn hay nhỏ hơn quả cầu 8 cm của thí nghiệm này?

Vật lý đằng sau thí nghiệm này

← Quay lại thử nghiệm