Verificarea legii lui Coulomb

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Verificarea legii lui Coulomb"

Σταματία Ἄννα Κορνάρος
5 χρόνια πριν
Προβολές:

Legea lui Coulomb Veificaea legii lui Coulomb Obiectivul expeimentului Măsuaea foţei de inteacţiune înte două sfee încăcate electic în funcţie de: - distanţa dinte centele sfeelo; - sacinile electice

1 Legea lui Coulomb Veificaea legii lui Coulomb Obiectivul expeimentului Măsuaea foţei de inteacţiune înte două sfee încăcate electic în funcţie de: - distanţa dinte centele sfeelo; - sacinile electice de pe sfee. Estimaea valoii pemitivităţii electice a vidului. Pincipiul lucăii Chales de Coulomb ( ) a măsuat în 785 foţa de inteacţiune dinte copuile încăcate electic. Pentu aceasta a utilizat o balanţă de tosiune constuită chia de el, ca cea din fotogafia alătuată. Foţa de inteacţiune dinte sacinile electice a fost măsuată cu ajutoul momentului de tosiune al unui fi. În uma mai multo măsuătoi efectuate, el a ajuns la concluzia că foţa de inteacţiune dinte două sacini punctifome este o foţă de tip cental, cae depinde inves popoţional de distanţa dinte sacinile electice. Constanta de popoţionalitate depinde de mediul în cae inteacţionează sacinile electice. Expesia foţei de inteacţiune electostatică (fig. ) este: qq qq F = k u şi F = k u, () unde u = u şi astfel şi F = F. Cele două foţe sunt acţiune şi eacţiune. Acestea acţionează asupa a două copui difeite astfel că nu îşi pot anula ecipoc efectul. Foţa () poată numele de foţa lui Coulomb sau foţa electostatică.

2 Laboatoul de Electicitate şi magnetism Expesia () a foţei de inteacţiune electostatică este adevăată doa dacă dimensiunea copuilo încăcate electic este mult mai mică decât distanţa dinte acestea, adică dacă copuile încăcate electic sunt punctuale. Astfel de sacini se mai numesc şi putătoi de sacină electică. Foţa de inteacţiune electostatică este pozitivă, adică de espingee, dacă cele două sacini electice au acelaşi semn şi negativă, adică de atacţie dacă cele două sacini electice au semne opuse. Tot din expeienţă se ştie că foţa de inteacţiune dinte două sacini electice este de espingee dacă acestea au acelaşi semn şi de atacţie dacă acestea sunt de semn conta. în vid Fig. Constanta k depinde de mediu şi de sistemul de unităţi de măsuă utilizat. În SI, 9 k = = 9 0 Nm /C, 4πε0 qq adică F = u () 4πε0 Măimea ε C /Nm 0 = 8, poată numele de pemitivitatea dielectică a vidului şi caacteizează din punct de vedee electic mediul în cae se află sacinile electice. În expeimentul de faţă foţa de inteacţiune electostatică se măsoaă cu ajutoul unui senso de foţă. Vom studia popoţionalităţile, F, F q şi espectiv F q. (3) Dispozitivul pentu măsuaea foţei (fig. ) conţine două elemente de încovoiee paalele şi patu elemente de calibae a defomăii legate înt-un cicuit punte. Rezistenţa electică a elementelo de calibae se modifică sub acţiunea tensiunii mecanice. Această modificae este popoţională cu foţa cae acţionează, a căei valoae este afişată diect pe un newtonmetu. În cicuit este legat un electometu cae funcţionează ca un coulombmetu (măsoaă sacina electică) ce poate măsua sacina electică de pe sfee apoape făă cuent electic. Măsuând cu un voltmetu tensiunea electică la ieşie şi cunoscând valoaea capacităţii condensatoului utilizat se poate detemina sacine electică din eloaţia de definiţie e capacităţii electice, q= CU. (4)

3 Legea lui Coulomb 3 Fig. Dispozitivul expeimental Obsevaţii peliminae Efectuaea acestui expeiment necesită o atenţie deosebită deoaece piedeile de cuent pin izolatoi pot conduce la piedei de sacină electică şi, pin umae, la eoi de măsuae mai. În plus, efectele nedoite ale inducţiei electostatice pot influenţa ezultatele obţinute. Expeimentul tebuie efectuat înt-o cameă închisă şi uscată pentu a peveni piedeile datoate umidităţii aeului. Se ecomandă ştegeea baelo izolatoae cu apă distilată, aceasta fiind cel mai bun solvent al sauilo conductoae cae se depun pe izolatoi. În plus, izolatoii tebuie descăcaţi electic după fiecae expeiment pin teceea uşoaă pint-o flacăă cae nu înnegeşte, cum este cea a unei lămpi cu butan. Susa de tensiune electică înaltă şi punctul de conexiune xu cablul de înaltă tensiune tebuie să se afle la distanţă mae de estul dispozitivului expeimental pentu a evita efectele inducţiei electostatice. Din aceleaşi motive, în timpul măsuătoilo, expeimentatoul tebuie să ţină în mână bagheta de legătuă a amplificatoului electometului pentu a fi legat la pământ. În figua 3 este pezentat dispozitivul expeimental pentu încăcaea electică a sfeelo şi pentu măsuaeafoţei, ia în figua 4 sunt pezentate legătuile din cicuit ale amplificatoului electometului pentu măsuaea sacinii electice.

4 4 Laboatoul de Electicitate şi magnetism Alimentaea la tensiune înaltă: - Legaţi cablul de tensiune înaltă la polul pozitiv al susei de tensiune înaltă şi polul negativ al susei la pământ. - Aşezaţi capătul libe al cablului de tensiune înaltă (a) în oificiul supeio al baghetei izolatoae fixată în stativ. Pegătiea senzoului de foţă şi a sfeelo - Fixaţi căucioul (b) pe şina metalică veticală şi ataşaţi sfea cu ajutoul conectoului. - Ataşaţi senzoul de foţă (c) pe bancul oizontal astfel încât semnul (minus) să fie oientat spe sfea. - Ataşaţi sfea la aceeaşi înălţime cu sfea. - Aliniaţi cele două sfee la aceeaşi înălţime. - Conectaţi senzoul de foţă la newtonmetu cu ajutoul cablului multicoe (mai multe miezui). - Deplasaţi căucioul astfel încât maginea sa stîngă să coincidă cu diviziunea de 4,0 cm de pe iglă şi potiviţi distanţa dinte sfee la 0, cm. Distanţa dinte centele sfeelo este = 4,0 cm. Fig. 3 Efectuaea măsuătoilo de sacină electică - Alimentaţi amplificatoul electometului cu tensiune de la piză (fig. 4). - Ataşaţi cuşca Faaday (d) cu clema de pindee. - Ataşaţi condensatoul de 0 nf (e). - Legaţi bagheta (f) la masă şi, dacă este posibil, legaţi masa la împământaea susei de înaltă tensiune pint-un cablu lung. - Conectaţi voltemetul la ieşie. Modul de lucu Obsevaţii peliminae Măsuătoile pot fi influenţate de eventualele suse de sacini electice din apopiee deoaece valoile foţelo măsuate sunt foate mici. Evitaţi vibaţiile, cuenţii de ae şi vaiaţiile de tempeatuă. Newtonmetul tebuie să se încălzească înainte de utilizae cel puţin 30 minute.

5 Legea lui Coulomb 5 Fig. 4 a). Măsuaea foţei în funcţie de distanţa dinte centele sfeelo a). Măsuătoi cu sacini electice de acelaşi semn - Deplasaţi sfea cu căucioul la distanţa maximă. - Conectaţi susa de tensiune înaltă şi fixaţi tensiunea de ieşie la 5 kv. - Atingeţi cele două sfee succesiv cu punctul (a) al cablului de tensiune înaltă. - Reduceţi tensiunea înaltă la zeo. - Realizaţi compensaţia de zeo fixând butonul COMPENSATION al newtonmetului pe SET. - Deplasaţi sfea spe sfea, măsuaţi foţa în funcţie de de distanţa dinte centele sfeelo şi notaţi valoile în tabelul de mai jos. a). Măsuătoi cu sacini electice de semne difeite - Deplasaţi sfea cu căucioul la distanţa maximă. - Efectuaţi din nou compensaţia de zeo a newtonmetului. - Încăcaţi din sfea. - Fixaţi tensiunea de ieşie la 0 şi schimbaţi polaitatea (cablul de înaltă tensiune la polul negativ şi împământaea la polul pozitv). - Fixaţi tensiunea de ieşie la 5 kv şi eîncăcaţi negativ sfea. - Deplasaţi sfea spe sfea, măsuaţi foţa în funcţie de de distanţa dinte centele sfeelo şi notaţi valoile în tabelul. Tabelul (cm) F (q >0, q >0) (mn) F (q <0, q >0) (mn) 4

6 6 Laboatoul de Electicitate şi magnetism b). Măsuaea foţei în funcţie de valoaea sacinilo electice b). Măsuaea sacinii electice a sfeelo - Deplasaţi sfea cu căucioul la distanţa maximă. - Fixaţi tensiunea de ieşie la zeo şi schimbaţi polaitatea. - Încăcaţi sfea pozitiv la tensiunea de 4 kv şi fixaţi din nou tensiunea de ieşie la zeo. - În timpul măsuătoilo ţineţi bagheta (f) în mână. Deplasaţi cuşca Faday cu bagheta izolatoae (fig. 5) Repetaţi măsuătoile pentu valoi ale tensiunii electice de ieşie de 0 kv, 5 kv, 0 kv şi 5 kv. Înainte de fiecae măsuătoae descăcaţi sfea pin atingee cu bagheta izolatoae. Fig. 5 b). Măsuaea foţei în funcţie de sacina de pe sfea (q >0, q >0) - Fixaţi cele două sfee din nou şi deplasaţi sfea la distanţa maximă. - Compensaţi din nou newtonmetul.

7 Legea lui Coulomb 7 - Încăcaţi sfea la tensiunea de 5 kv. - Încăcaţi sfea succesiv la 5 kv, 0 kv, 5 kv, 0 kv şi 5 kv menţinând sfeele la distanţa maximă. Înainte de fiecae încăcae eaduceţi susa de tensiune înaltă la zeo, alegeţi pentu măsuaea foţei distanţa = 6,0 cm şi notaţi valoile în tabelul. Tabelul U (kv) q (nc) F (mn) b3). Măsuaea foţei în funcţie de sacina de pe sfea (q <0, q >0) - Deplasaţi sfea la distanţa maximă. - Compensaţi din nou newtonmetul. - Încăcaţi sfea la tensiunea de 5 kv. - Fixaţi susa de tensiune înaltă la zeo ţi schimbaţi polaitatea. - Încăcaţi sfea succesiv la - 5 kv, - 0 kv, - 5 kv, - 0 kv şi - 5 kv menţinând sfeele la distanţa maximă. Înainte de fiecae încăcae eaduceţi susa de tensiune înaltă la zeo şi alegeţi pentu măsuaea foţei distanţa = 6,0 cm. Încăcaţi sfea succesiv la 5 kv, 0 kv, 5 kv, 0 kv şi 5 kv menţinând sfeele la distanţa maximă. Înainte de fiecae încăcae eaduceţi susa de tensiune înaltă la zeo şi alegeţi pentu măsuaea foţei distanţa = 6,0 cm şi notaţi valoile în tabelul 3. Tabelul 3 U (kv) q (nc) F (mn) Pelucaea datelo expeimentale a). Măsuaea foţei în funcţie de distanţa dinte centele sfeelo Repezentaţi gafic valoile obţinute pentu foţă F în mn în funcţie de distanţa dinte centele sfeelo şi espectiv în funcţie utilizând datele din tabelul. Veificaţi dependeţa F. b). Măsuaea foţei în funcţie de valoaea sacinilo electice Repezentaţi gafic valoile obţinute pentu foţă F în mn în funcţie de distanţa de sacinile electice utilizând datele din tabelul 3.

8 8 Laboatoul de Electicitate şi magnetism unde F q c). Estimaea valoaii pemitivitîţii electice a vidului Resciem expesia () a foţei sub foma q ε 4 0 = π, F q este panta gaficului al doilea. Intoducând valoile coespunzătoae pentu şi, obţineţi valoaea pentu ε0. Compaaţi ezultatul obţinut cu valoaea din liteatua de specialitate, ε 0 = 8,85 0 F/m. q

Σχετικά έγγραφα

Măsurarea intensităţii câmpului electric 1 şi a potenţialul electric 2 dintr-un condensator

Măsurarea intensităţii câmpului electric 1 şi a potenţialul electric 2 dintr-un condensator Intensitatea câmpului electic şi potenţialul electic înt-un condensato 1 Măsuaea intensităţii câmpului electic 1 şi a potenţialul electic 2 dint-un condensato Scopul lucăii - Deteminaea intensităţii câmpului