Інформація для вчителів
Застосування
Рис. 1: схема досліду
Розуміння кількості заряду - наріжний камінь для розуміння електричного струму, а тому й основа сучасного життя.
Цей дослід дає перші уявлення про принципи кількості заряду.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Для цього досліду попередні знання не потрібні.
Принцип
Заряди можна поступово накопичувати, а також знову гасити. Цим показано, що електричний заряд є кількісною величиною. Додатні та від'ємні кількості заряду можна додавати й віднімати, як додатні та від'ємні числа.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Учнів слід ознайомити з принципом кількості заряду.
Завдання
- Виміряй кількість заряду для кількох процесів заряджання
Правила безпеки (1/2)
Правила безпеки (2/2)
- Найперше треба встановити знак попередження «Висока напруга» (напр., 06543-00).
- Схему, яку під'єднують (установку досліду), у знеструмленому стані (повне від'єднання від мережі, витягнути вилку з розетки!) спершу повністю скласти і ще раз перевірити, перш ніж систему під'єднають до мережі та ввімкнуть.
- Втручання чи зміни в установці досліду теж дозволено робити лише у знеструмленому стані.
- Важливо: Виконуйте дослід лише однією рукою (друга рука в кишені штанів), щоб уникнути небезпеки ураження електричним струмом.
Інформація для учнів
Мотивація
Розуміння кількості заряду - наріжний камінь для розуміння електричного струму, а тому й основа сучасного життя.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Циліндрична опора expert | 02004-00 | 3 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., з отвором, l=100 мм | 02036-01 | 1 |
| 3 | Кутова підставка | 02066-00 | 2 |
| 4 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 5 | Ізолювальний стрижень | 06021-00 | 3 |
| 6 | Циліндр Фарадея | 06231-00 | 1 |
| 7 | Кондукторна куля, d = 40 мм | 06237-00 | 1 |
| 8 | Знак попередження «Небезпечна електрична напруга» | 06543-00 | 1 |
| 9 | Електроскоп за Кольбе | 07120-01 | 1 |
| 10 | Резистор зі штекером і гніздом 4 мм, 10 МОм | 07160-00 | 2 |
| 11 | З'єднувальний провід, 19 А, 100 мм, зелено-жовтий, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07359-16 | 1 |
| 12 | З'єднувальний провід, 32 А, 500 мм, зелено-жовтий, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07361-15 | 1 |
| 13 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, зелено-жовтий, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-15 | 1 |
| 14 | З'єднувальний провід, 30 кВ, 1000 мм | 07367-00 | 2 |
| 15 | Високовольтний блок живлення PHYWE 10 кВ з цифровим індикатором DC: 0... ± 10 кВ, 2 мА | 13673-93 | 1 |
Складання
Дослід можна виконати з електроскопом (рис. 1) або з електрометричним підсилювачем і ADM 2 (рис. 2). Як під'єднують електрометричний підсилювач, показано на рис. 3. Тут описано дослід з електроскопом.
Рис. 2
Рис. 3
Виконання (1/2)
- На високовольтному блоці живлення з'єднати середній відвід із заземленням
- Перемикач високовольтного блока живлення поставити в середнє положення
- Корпус електроскопа і штативний стрижень також з'єднані із заземленням
- Вставити по одному ізолювальному стрижню в циліндричну опору - один з'єднати з плюсовим, а другий з мінусовим полюсом високовольтного блока живлення
- Насадити кондукторну кулю на третій ізолювальний стрижень
- Поставити блок живлення на 5 кВ
Виконання (2/2)
- З'єднати циліндр Фарадея на електроскопі із заземлювальним контактом
- Торкнутися кулею одного полюса, розрядити кулю в циліндрі, записати положення стрілки (таблиця 1)
- Повторити кілька разів
- Поступово розрядити циліндр зарядом протилежного знака і зарядити навпаки, спостерігати за положенням стрілки
Протокол
Спостереження
Спочатку електроскоп не показує відхилення. Якщо кулю піднести до одного з контактів, а потім внести в циліндр, стрілка відхиляється. Відхилення стрілки збільшується, якщо кулю ще раз піднести до того самого контакту і знову внести в циліндр.
Кількість процесів заряджання
Положення стрілки / поділки шкали
0
1
2
3
Якщо кулю піднести до іншого полюса і внести в циліндр, стрілка поступово повертається до нуля. При цьому потрібно стільки ж перенесень, скільки й у першій частині досліду, щоб повернути стрілку на нуль. Якщо переносити заряд далі, стрілка знову відхиляється.
Опрацювання результатів (1/2)
Перетягніть слова у правильні пропуски ____ на ____ можна підсумовувати на ____. ____ переходить із кулі на циліндр Фарадея. Багаторазове заряджання спричиняє й багаторазове ____. Відхилення стрілки пропорційне кількості заряду.
Рис. 4
Опрацювання результатів (2/2)
Перетягніть слова у правильні пропуски ____ з одного контакту гаситься зарядом з іншого контакту - це відповідає відніманню такої самої ____. Тому розрізняють ____ та від'ємні заряди чи кількості заряду, з якими оперують так само, як із додатними і ____ числами.
Зауваження
Примітка
- Перед дослідом ізолювальні стрижні слід почистити ганчіркою зі спиртом-денатуратом, щоб видалити можливі провідні забруднення.
- Щоб уникнути ефектів електростатичної індукції, відстань між електроскопом і частинами, що перебувають під високою напругою, має бути по змозі більшою за півметра.
- Повне розрядження кулі відбувається лише всередині циліндра Фарадея, де немає поля. Переносячи заряд із кулі на циліндр, куля має торкнутися циліндра лише тоді, коли куля й металева частина ізолювальної опори повністю опиняться в безполевій області циліндра.
Експериментувати треба досить швидко, щоб уникнути втрат заряду. До циліндра під час досліду не можна торкатися рукою. Стежити за правильним заземленням (зокрема й особи, яка експериментує).