Інформація для вчителів
Застосування
Стакан Фарадея
Стакан Фарадея - відповідно до назви - це предмет у формі стакана, за допомогою якого можна виявляти електричний заряд (зокрема іонні пучки).
Усередині металевого стакана поля принципово немає, і електричні заряди можна знімати виключно із зовнішньої стінки стакана. Проте підводити електричний заряд до стакана можна також і через внутрішню стінку.
Отже, це означає, що з внутрішньої стінки стакана Фарадея жодний заряд не може перейти на індукційну пластину, а от із зовнішньої стінки стакана це можливо.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають уже докладно дослідити електричний заряд і його дії. Основні знання для цього дають попередні досліди, у межах яких електричний заряд досліджують за допомогою простого електроскопа. Додатково дослід «Провідник як накопичувач заряду» дає добру основу для успішного виконання цього досліду.
Принцип
Усередині стакана Фарадея поля принципово немає. Тому з внутрішньої стінки стакана електричні заряди не можуть переходити на інші предмети. Натомість зовнішня стінка стакана здатна передавати заряди іншим тілам.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Учні усвідомлюють, що в зарядженому стакані Фарадея заряди містяться на зовнішньому боці стакана і знімати їх можна лише звідти. Проте наносити заряди можна як на зовнішній, так і на внутрішній бік стакана.
Завдання
У цьому досліді учні мають докладно дослідити властивості стакана Фарадея. Для цього вони мають визначити розподіл заряду на стакані Фарадея.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Вказівки щодо складання та виконання:
Експериментально складним є доведення того, що на внутрішньому боці стакана Фарадея зарядів немає. При використанні індукційної пластини це доведення вдається лише за умови надійного безконтактного введення індукційної пластини в стакан. Уже при наближенні до верхнього краю може дійти до перенесення зарядів. Тому діяти треба обережно.
Оскільки стакан Фарадея, окрім своєї функції накопичувача заряду, у видозміненій формі відіграє велику роль і як клітка Фарадея, у додатковому завданні можна дослідити екранування електростатичних полів. Можна вказати на захисну дію кузова автомобіля під час грози.
Інформація для учнів
Мотивація
Стакан Фарадея
Стакан Фарадея - відповідно до назви - це предмет у формі стакана, за допомогою якого можна виявляти електричний заряд (зокрема іонні пучки).
Завдяки особливій геометрії стакана Фарадея всередині металевого стакана поля принципово немає, що має особливі наслідки для розподілу заряду щодо стакана.
Як саме розподіляються заряди на стакані Фарадея і які властивості з цього випливають, ти дізнаєшся з цього досліду.
Завдання
У цьому досліді ти докладно розберешся з так званим стаканом Фарадея та його властивостями.
Спочатку склади для цього електроскоп і подбай про те, щоб стакан Фарадея був якнайкраще ізольований.
Потім дослідь, як поводиться розподіл електричного заряду на металевому стакані.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Електроскоп із металевою стрілкою | 13027-01 | 1 | 2 | Стакан Фарадея, d = 40 мм, h = 75 мм | 13027-03 | 1 | 3 | Стрижень, l=175 мм, d=10 мм, поліпропілен. | 13027-09 | 1 | 4 | Стрижень з акрилового скла, l = 175 мм, d = 8 мм | 13027-08 | 1 | 5 | Індукційна пластина, 30 мм x 60 мм | 13027-12 | 1 | 6 | Плівка, прозора, DIN A4, 100 аркушів | 08186-10 | 1 | 7 | Гумова пробка 41/49, отвір 7 мм | 39263-01 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Сухий шорсткий папір | DIN A4 |
| 1 | Клейка стрічка |
Складання
Склади електроскоп. Стрілка має висіти вертикально (один бік трохи довший і тому мінімально важчий), не торкаючись нічого, вісь лежить у виїмці.
Потім закріпи індукційну пластину на поліпропіленовому стрижні, а стакан Фарадея - на стрижні з акрилового скла. Після цього встав стрижень з акрилового скла в гумову пробку, як показано на рисунку поруч.
Виконання (1/6)
Дослід 1:
- Потри індукційною пластиною по прозорій плівці, що лежить на столі.
Заряджання індукційної пластини
Виконання (2/6)
Дослід 1:
- Потім торкнись індукційною пластиною зовнішнього боку стакана Фарадея.
- Повтори цю дію кілька разів, щоб стакан Фарадея добре зарядився.
- Тепер розряди індукційну пластину та електроскоп, торкнувшись їх рукою.
Виконання (3/6)
Почергове торкання стакана Фарадея та електроскопа
Дослід 1:
- Тепер по черзі торкайся індукційною пластиною зовнішнього боку стакана Фарадея та електроскопа
- Уважно спостерігай при цьому за стрілкою.
Виконання (4/6)
Дослідження внутрішнього боку стакана
Дослід 2:
- Перевір, чи можна переносити заряди на електроскоп також із внутрішнього боку стакана Фарадея.
- Для цього, як у першій частині досліду, добре заряди стакан Фарадея і розряди електроскоп.
- Торкнись індукційною пластиною дна або внутрішньої стінки стакана (проте не верхнього краю), а потім електроскопа.
- Наостанок торкнись іще раз зовнішнього боку стакана, а потім для контролю електроскопа.
Виконання (5/6)
Розряджання стакана Фарадея
Розряджання електроскопа
Дослід 3:
- Тепер перевір, чи можна переносити заряди на внутрішній бік стакана Фарадея.
- Для цього спочатку розряди стакан Фарадея та електроскоп.
- Потім заряди індукційну пластину, потерши її по прозорій плівці.
Заряджання індукційної пластини об прозору плівку
Виконання (6/6)
Дослідження внутрішнього боку стакана
Дослід 3:
- Торкнись зарядженою індукційною пластиною внутрішнього боку стакана.
- Стеж за тим, щоб не торкнутися краю або зовнішнього боку.
- Потім перевір індукційною пластиною та електроскопом, чи можна знімати заряди з внутрішнього боку стакана.
- Потім перевір також, чи можна знімати заряди із зовнішнього боку.
Дослідження зовнішнього боку стакана
Протокол
Завдання 1
Почергове торкання стакана Фарадея та електроскопа
Питання
Завдання 2
Почергове торкання стакана Фарадея та електроскопа
Що випливає зі зміни відхилення стрілки в першій частині досліду щодо величини зарядів на стакані Фарадея та електроскопі? Що ____ приріст відхилення стрілки, то більше електричного заряду було знято зі стакана. Що ____ приріст відхилення стрілки, то менше залишкового заряду було в стакані.
Завдання 3
Дослідження внутрішнього боку стакана
Питання
Завдання 4
Дослідження внутрішнього боку стакана
Де на стакані Фарадея містилися перенесені заряди в другій частині досліду? Заряд стакана Фарадея містився на його ____, тож саме він ____ спричинив відхилення стрілки електроскопа. ____ стакана був вільний від заряду і тому ____ спричинив відхилення стрілки.
Завдання 5
Дослідження внутрішнього боку стакана
Питання
Дослідження зовнішнього боку стакана
Завдання 6
У чому полягає різниця між можливостями нанесення та знімання зарядів на стакані Фарадея? Стакан Фарадея зроблений з металу і тому електрично ____. Тому при контакті його можна заряджати в ____, зокрема, отже, і на ____. Через ____ дію сили однойменних зарядів заряди розподіляються на ____ відстані один від одного, тобто саме на ____. Відповідно знімати заряди можна лише звідти.