Rozložení náboje na tělese. Plošná hustota náboje. Tematický celek: Elektrický náboj. Úkol:

Název materiálu: Rozložení náboje na tělese. Plošná hustota náboje. Číslo materiálu: Robotické vnímání světa II. /31 Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Milan Kux Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.26/02.0004; název projektu: Experimenty k rozvoji fyzikálního myšlení Příjemce: Gymnázium, Uničov, Gymnazijní 257; financováno z ESF a státního rozpočtu ČR

Název:

Rozložení náboje na tělese. Plošná hustota náboje.

Tematický celek:

Elektrický náboj.

Úkol:    

Zopakujte si, co je to zelektrování tělesa a jak k němu dochází. Sestrojte a naprogramujte robota, pomocí něhož ověříte rozložení náboje na pravidelném a nepravidelném tělese. Ověřte, jakým způsobem je náboj na tělese rozmístěn. Určete plošnou hustotu náboje na povrchu koule.

Robotické vnímání světa II. /31

1


1. Opakování  zelektrování tělesa je fyzikální děj, při němž na tělese vzniká volný elektrický  

náboj těleso je pak elektricky nabité – zelektrované protože jsou látky složeny z částic, znamená zelektrování oddělení kladných a záporných částic, které se nacházejí i v tělese, jež není elektricky nabité (elektricky neutrální)

 elektricky nabité těleso působí silou na jiná zelektrovaná tělesa  elektrický náboj se dá přenášet z povrchu jednoho tělesa na povrch jiného tělesa  elektrický náboj se může v tělese přemísťovat Vodiče - látky, v nichž se náboj lehce přemísťuje Izolanty - látky, v nichž se náboje nepřemísťují  Plošná hustota náboje: 


Q S

  

2

C m2


2. Konstrukce robota Sestavíme měřící zařízení podle snímku:

Popis: 1) řídící NXT kostka 2) senzor elektrického náboje (Charge senzor) 3) redukce mezi senzorem náboje a NXT kostkou 4) záporná sonda senzoru, připojená k zemnící desce 5) kladná sonda senzoru, připojená k nabitému tělesu 6) těleso s elektrickým nábojem


3


Detailní pohled na pokusné zapojení:


4


3. Programování robota a) Program je tentokrát velmi jednoduchý; z palety Advanced vybereme Vernier Senzor:

b) V konfiguračním panelu snzoru nastavíme Charge 10 V (měření elektrického náboje v rozsahu -100 nC až +100 nC)


5


c) Program nahrajeme do NXT kostky, po jeho spuštění můžeme rovnou měřit elektrický náboj na různých místech tělesa; hodnoty se nám zobrazují buď vpravo na stupnici, nebo přímo vlevo dole v textovém poli.


6


4. Naměřené údaje a) Koule (pravidelné těleso) Postupně naměřené hodnoty: Q1 = -76,4 nC Q2 = -76,2 nC Q3 = -75,9 nC Q4 = -74,3 nC Q5 = -74,8 nC Plošná hustota náboje na kouli: Platí: Q  (S  4R 2 ) 2 4R Poloměr koule: Náboj (průměr z naměřených hodnot) Potom

R = 4,8 cm = 0,048 m Q = -75,5 nC = -7,55.10-8 C

Q - 7,55.10-8 C    1,25.10 7 Cm 2 2 2 4R 4 0,048

b) Válec (nepravidelné těleso, plastová tyč tvaru válce) Postupně naměřené hodnoty: Plášť válce (uprostřed) Q1 = -22,5 nC Plášť válce (poblíž hrany) Q2 = -31,2 nC Hrana válce Q3 = -45,1 nC Střed podstavy Q4 = -39,3 nC


7


5. Závěr  na pravidelném tělese (kouli) je náboj rozložen rovnoměrně; drobné odchylky jsou způsobeny jednak nepřesností senzoru elektrického náboje, jednak tím, že kouli není možné od podložky dokonale izolovat a náboj se postupně odvádí na podložku (těleso se vybíjí)  na nepravidelném tělese je náboj rozložený nerovnoměrně, největší je na ostrých hrotech nebo hranách, nejmenší na rovné ploše


8

Rozložení náboje na tělese. Plošná hustota náboje. Tematický celek: Elektrický náboj. Úkol:

Recommend Documents