Demonstrációs fizika labor

7.10. A kapacitás fogalmának kialakítására szolgáló alapkísérlet bemutatása

a) Elektroszkóp lánccal

A kísérlet célja

A kapacitást befolyásoló tényezők bemutatása

Szükséges anyagok, eszközök

  • Ebonitrúd (vagy műanyag cső, kb. 1 cm átmérőjű)
  • Műszálas anyag (a képen piros)
  • Elektroszkóp
  • Fémtányér, elektroszkópra csatlakoztatható
  • Fémlánc, kb 50 cm hosszúságú, egyik végére 25 cm-es damilszál (szigetelő) kötve

Leírás

Helyezzük a fémtányért az elektroszkópra, majd a damilnál fogva lógassuk a fémláncot a fémtányérra. (A fémlánc érjen a tányérhoz, de a kezünk ne kerüljön közel az elektroszkóphoz.) Vigyünk ezután töltést az elektroszkópra a megdörzsölt ebonitrúd segítségével. Változtassuk a fémlánc fémtányéron lévő mennyiségét a damilszál emelésével, illetve süllyesztésével. Ezáltal változik a vezető alakja. Figyeltessük meg, hogy ennek következtében változik az elektroszkóp mutatóinak távolsága.

Az elektroszkópok lemezeinek szétágazása elsősorban a feszültség mérésére használható. Így, mivel a kísérlet során az elektroszkópon lévő töltés mennyisége a feltöltés után már nem változik, a lemezek szétágazásának változásából a kapacitás változására következtethetünk a   képlet alapján.

7.10a.PNG

b) Kondenzátor kapacitása

A kísérlet célja
7.10b.PNG

Annak bemutatása, hogy a síkkondenzátor kapacitása függ a fegyverzetek távolságától.

Szükséges anyagok, eszközök

  • Ebonitrúd (vagy műanyag cső, kb. 1 cm átmérőjű)
  • Műszálas anyag
  • Elektroszkóp
  • Fémtányér, elektroszkópra illeszthető
  • Szigetelő nyelű fémtányér

Leírás

Helyezzük az egyik fémtányért az elektroszkópra, majd töltsük fel az elektroszkópot megdörzsölt ebonitrúddal. Fogjuk meg a szigetelő nyelű fémtányért úgy, hogy ujjunk hozzáérjen ehhez a fémtányérhoz (ezzel biztosítjuk a földelést), majd közelítsük az elektroszkópra helyezett fémtányérhoz. Figyeltessük meg, hogyan változik az elektroszkóp lemezeinek állása!

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Hogyan változik a feszültség és a kapacitás, ha a fémtányérokat közelítjük egymáshoz?

 

c) Kondenzátor kapacitásának változása szigetelőanyag hatására

A kísérlet célja

Annak bemutatása, hogy a síkkondenzátor kapacitása függ a fegyverzetek között lévő tér anyagi minőségétől.

Szükséges anyagok, eszközök

  • Ebonitrúd (vagy műanyag cső, kb. 1 cm átmérőjű)
  • Műszálas anyag
  • Elektroszkóp
  • Fémtányér, elektroszkópra illeszthető
  • Szigetelő nyelű fémtányér
  • Állvány és kémcsőfogó a szigetelő nyelű fémtányér befogásához
  • Plexilap

Leírás

Helyezzük az egyik fémtányért az elektroszkópra, majd töltsük fel az elektroszkópot megdörzsölt ebonitrúddal. Fogjuk be a szigetelő nyelű fémtányért kémcsőfogóval az ábrán látható módon úgy, hogy a fémtányérok távolsága legfeljebb 1 cm legyen. Figyeljünk arra, hogy a kémcsőfogó érintkezzen a szigetelő nyelű fémtárcsa fém részével, így nem kell külön földelni a felső fémtárcsát. (Ha ez nem sikerül, akkor egy vezetékkel kössük össze a szigetelő nyelű fémtárcsa fém részét pl. a gázcsappal.) Dugjuk a fémtárcsák közé a plexilapot és figyeltessük meg, hogyan változik az elektroszkóp lemezeinek állása!

7.10c.PNG

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Hogyan változik a feszültség és a kapacitás, ha a fémtányérok közé plexilapot tolunk? Hogyan magyarázható a jelenség?

Módszertani kiegészítések

  • A kísérlet nem sikerül, ha a plexilemez szennyezett, nedves, vagy fel van töltve. A plexilemezt úgy tudjuk kisütni, hogy végigtapogatjuk mindkét oldalát.
  • A kapacitás fogalmához kapcsolódik a jól ismert leideni palackos kísérlet. Ennek történelmi és fizikai érdekessége is van, mindenképpen érdemes említeni. Jegyzetünkben azért nem kap helyet, mert veszélyes. Ha jól látható jelenséget szeretnénk, akkor Van de Graaff generátorról kell feltölteni. A palack annyi töltést tud tárolni, melynek kisütése komoly fájdalmat és égési sérülést tud okozni.

7.10. A kapacitás fogalmának kialakítására szolgáló alapkísérlet bemutatása

a) Elektroszkóp lánccal

A kísérlet célja

A kapacitást befolyásoló tényezők bemutatása

Szükséges anyagok, eszközök

  • Ebonitrúd (vagy műanyag cső, kb. 1 cm átmérőjű)
  • Műszálas anyag (a képen piros)
  • Elektroszkóp
  • Fémtányér, elektroszkópra csatlakoztatható
  • Fémlánc, kb 50 cm hosszúságú, egyik végére 25 cm-es damilszál (szigetelő) kötve

Leírás

Helyezzük a fémtányért az elektroszkópra, majd a damilnál fogva lógassuk a fémláncot a fémtányérra. (A fémlánc érjen a tányérhoz, de a kezünk ne kerüljön közel az elektroszkóphoz.) Vigyünk ezután töltést az elektroszkópra a megdörzsölt ebonitrúd segítségével. Változtassuk a fémlánc fémtányéron lévő mennyiségét a damilszál emelésével, illetve süllyesztésével. Ezáltal változik a vezető alakja. Figyeltessük meg, hogy ennek következtében változik az elektroszkóp mutatóinak távolsága.

Az elektroszkópok lemezeinek szétágazása elsősorban a feszültség mérésére használható. Így, mivel a kísérlet során az elektroszkópon lévő töltés mennyisége a feltöltés után már nem változik, a lemezek szétágazásának változásából a kapacitás változására következtethetünk a   képlet alapján.

7.10a.PNG

b) Kondenzátor kapacitása

A kísérlet célja
7.10b.PNG

Annak bemutatása, hogy a síkkondenzátor kapacitása függ a fegyverzetek távolságától.

Szükséges anyagok, eszközök

  • Ebonitrúd (vagy műanyag cső, kb. 1 cm átmérőjű)
  • Műszálas anyag
  • Elektroszkóp
  • Fémtányér, elektroszkópra illeszthető
  • Szigetelő nyelű fémtányér

Leírás

Helyezzük az egyik fémtányért az elektroszkópra, majd töltsük fel az elektroszkópot megdörzsölt ebonitrúddal. Fogjuk meg a szigetelő nyelű fémtányért úgy, hogy ujjunk hozzáérjen ehhez a fémtányérhoz (ezzel biztosítjuk a földelést), majd közelítsük az elektroszkópra helyezett fémtányérhoz. Figyeltessük meg, hogyan változik az elektroszkóp lemezeinek állása!

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Hogyan változik a feszültség és a kapacitás, ha a fémtányérokat közelítjük egymáshoz?

 

c) Kondenzátor kapacitásának változása szigetelőanyag hatására

A kísérlet célja

Annak bemutatása, hogy a síkkondenzátor kapacitása függ a fegyverzetek között lévő tér anyagi minőségétől.

Szükséges anyagok, eszközök

  • Ebonitrúd (vagy műanyag cső, kb. 1 cm átmérőjű)
  • Műszálas anyag
  • Elektroszkóp
  • Fémtányér, elektroszkópra illeszthető
  • Szigetelő nyelű fémtányér
  • Állvány és kémcsőfogó a szigetelő nyelű fémtányér befogásához
  • Plexilap

Leírás

Helyezzük az egyik fémtányért az elektroszkópra, majd töltsük fel az elektroszkópot megdörzsölt ebonitrúddal. Fogjuk be a szigetelő nyelű fémtányért kémcsőfogóval az ábrán látható módon úgy, hogy a fémtányérok távolsága legfeljebb 1 cm legyen. Figyeljünk arra, hogy a kémcsőfogó érintkezzen a szigetelő nyelű fémtárcsa fém részével, így nem kell külön földelni a felső fémtárcsát. (Ha ez nem sikerül, akkor egy vezetékkel kössük össze a szigetelő nyelű fémtárcsa fém részét pl. a gázcsappal.) Dugjuk a fémtárcsák közé a plexilapot és figyeltessük meg, hogyan változik az elektroszkóp lemezeinek állása!

7.10c.PNG

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

  • Hogyan változik a feszültség és a kapacitás, ha a fémtányérok közé plexilapot tolunk? Hogyan magyarázható a jelenség?

Módszertani kiegészítések

  • A kísérlet nem sikerül, ha a plexilemez szennyezett, nedves, vagy fel van töltve. A plexilemezt úgy tudjuk kisütni, hogy végigtapogatjuk mindkét oldalát.
  • A kapacitás fogalmához kapcsolódik a jól ismert leideni palackos kísérlet. Ennek történelmi és fizikai érdekessége is van, mindenképpen érdemes említeni. Jegyzetünkben azért nem kap helyet, mert veszélyes. Ha jól látható jelenséget szeretnénk, akkor Van de Graaff generátorról kell feltölteni. A palack annyi töltést tud tárolni, melynek kisütése komoly fájdalmat és égési sérülést tud okozni.