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

Transkript

1 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

2 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 C m 2 Robotické vnímání světa II. /31 2

3 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 Robotické vnímání světa II. /31 3

4 Detailní pohled na pokusné zapojení: Robotické vnímání světa II. /31 4

5 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) Robotické vnímání světa II. /31 5

6 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. Robotické vnímání světa II. /31 6

7 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 2 2 ( S 4R ) 4R Poloměr koule: Náboj (průměr z naměřených hodnot) R = 4,8 cm = 0,048 m Q = -75,5 nc = -7, C Potom Q 4R - 7,55.10 C 4 0, ,25.10 Cm 2 2 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 Robotické vnímání světa II. /31 7

8 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 Robotické vnímání světa II. /31 8