Zestaw urządzeń do doświadczeń z elektrostatyki [ BAP_ doc ]

Transkrypt

1 Zestaw urządzeń do doświadczeń z elektrostatyki [ BAP_ doc ] [strona 1] Opis doświadczeń / instrukcja obsługi CorEx - Zestaw urządzeń do doświadczeń z elektrostatyki [strona 2] Zestaw urządzeń do doświadczeń z elektrostatyki Nr artykułu: Spis treści Ogólne informacje dotyczące pracy z urządzeniami doświadczalnymi Przegląd poszczególnych elementów zestawu Schemat ułożenia części w skrzynce Opisy doświadczeń 1. Siła wzajemnego oddziaływania ciał naelektryzowanych (podwójne wahadło) 2. Elektroskop z wstęgami bibułki 3. Młynek Franklina 4. Elektrostatyczny "taniec" 5. Filtr elektrostatyczny (pochłaniacz dymu) 6. Elektrostatyczna "gra dzwonków" 7. Elektrostatyczny tor toczny na maszynie elektrostatycznej 8. Elektrostatyczny tor toczny na statywie 9. Tarcza błyskowa 2014 Cornelsen Experimenta, Berlin Wszelkie prawa zastrzeżone. Dzieło i jego elementy są chronione prawem autorskim. Wykorzystanie w celach innych niż przewidziane ustawą wymaga uprzedniej, pisemnej zgody firmy Cornelsen Experimenta. Informacje dot. 46 i 52a ustawy o prawie autorskim: Zabrania się skanowania dzieła oraz jego elementów bez powyższej zgody, umieszczania w sieci oraz wszelkiego rodzaju publicznego udostępniania. Dotyczy to również sieci intranetowej szkół i pozostałych placówek edukacyjnych. Materiały do kopiowania mogą być powielane na własny użytek dydaktyczny w wymaganej ilości. Firma nie odpowiada za szkody powstałe wskutek używania materiałów w sposób niezgodny z ich przeznaczeniem. Strona 1 z 7

2 [strona 3] Ogólne informacje dotyczące pracy z urządzeniami doświadczalnymi Zestaw umożliwia przeprowadzenie poglądowych doświadczeń dotyczących stałego pola elektrycznego. Powodzenie doświadczeń elektrostatycznych w dużym stopniu zależy od wilgotności powietrza. Unikać należy zwłaszcza powstawania wilgotnego osadu przy gwałtownej zmianie temperatury. W razie potrzeby należy uprzednio przetrzeć poszczególne części zestawu chłonną ściereczką. Jako źródła wysokiego napięcia używać można maszyny elektrostatycznej lub generatora van de Graaffa. W przypadku niektórych doświadczeń konieczne jest ograniczenie liczby ładunków. Należy wówczas dobrać stosownie niską prędkość obrotową lub odciąć butelki lejdejskie, w innym bowiem przypadku przebicia mogą znacząco wpłynąć na wynik doświadczenia. Składanie statywu: Obie stopy nasunąć z boku na profil. By ułatwić wsuwanie stóp, należy najpierw na obu końcach profilu nanieść nieco smaru silikonowego we wpusty szyny. Następnie wsunąć stopy we wpusty. Zwrócić uwagę, by przy wsuwaniu dosunąć stopy do ogranicznika, jednocześnie ich nie odkształcając. [na rysunku: Anschlag ogranicznik; Verbinder łączniki] Również podczas wysuwania stóp z profilu należy unikać ich odkształcenia. Zapobiegnie się mu, odwracając profil, naciskając równomiernie na stopę po obu stronach i wysuwając ją z wpustów. Umieścić suwak zaciskowy na środku profilu i wsunąć pręt izolacyjny w środkowy wtyk suwaka. Pręt izolacyjny: pręt izolacyjny posiada dwa wtyki o średnicy 4 mm. Wtyk A służy do montowania akcesoriów, zaś wtyku B używa się do połączenia ze źródłem ładunków. [strona 4] Przegląd poszczególnych elementów zestawu Nr rys. Ilość Nazwa artykułu Nr art. 1 Statyw złożony z: 1 Profil Para stóp Suwak zaciskowy Pręt izolacyjny Kula z wtykiem Tarcza z wtykiem Pałąk z wtykiem Elektroda kulista w pojemniku z tworzywa sztucznego Elektroda ostrzowa w pojemniku z tworzywa sztucznego Młynek Franklina Łożysko igiełkowe z wtykiem Wahadło z rdzenia czarnego bzu Kawałki wysuszonego rdzenia czarnego bzu (10 sztuk) Wstęgi bibułki na pręcie Para łańcuchów Dzwonki Tarcza błyskowa Pręt do pocierania z otworem Cokół z 6 gniazdami Elektrostatyczny tor toczny Tubka smaru silikonowego Przy zamawianiu pojedynczych części zestawu proszę korzystać z formularza zamówienia zamieszczonego na końcu instrukcji. Strona 2 z 7

3 [strona 5] Schemat ułożenia części w skrzynce [strona 6] 1. Siła wzajemnego oddziaływania ciał naelektryzowanych Kula z wtykiem 3 Pałąk 5 Wahadło z rdzenia czarnego bzu 10 Łańcuch 13 Pręt do pocierania z otworem 16 Umieścić pałąk we wtyku A pręta izolacyjnego i zawiesić wahadło z rdzenia czarnego bzu na pałąku. Wtyk B na pręcie izolacyjnym połączyć łańcuchem lub przewodem do doświadczeń z jednym biegunem źródła ładunków. Powstaje ładunek, który przenosi się na podwójne wahadło. Ponieważ kawałki wysuszonego rdzenia czarnego bzu elektryzują się jednoimiennie, zaczynają się odpychać. Miast bezpośrednio łączyć zestaw ze źródłem ładunków, można również przy pomocy elementu do generowania ładunku elektrostatycznego (pręta do pocierania z nałożoną kulą) przenieść ładunek na pałąk. Podwójne wahadło jest prostym elektroskopem. [strona 7] 2. Elektroskop z wstęgami bibułki Kula z wtykiem 3 Wstęgi bibułki na pręcie 12 Łańcuch 13 Pręt do pocierania z otworem 16 Umieścić pręt ze wstęgami bibułki we wtyku A pręta izolacyjnego. Wtyk B na pręcie izolacyjnym połączyć łańcuchem lub przewodem do doświadczeń z jednym biegunem źródła ładunków. Powoli zwiększać ilość dostarczanych ładunków. Wstęgi bibuły naelektryzowane jednoimiennie zaczną się odpychać i równomiernie podnosić we wszystkich kierunkach. Ponieważ proces ten jest uzależniony od ilości ładunków, wstęgi można również potraktować jako prosty elektroskop. Strona 3 z 7

4 [strona 8] 3. Młynek Franklina Młynek Franklina 8 Łożysko igiełkowe z wtykiem 9 Łańcuch 13 Umieścić wtyk łożyska igiełkowego w gnieździe A pręta izolacyjnego. Ostrożnie nasunąć młynek na igłę. Wtyk B na pręcie izolacyjnym połączyć łańcuchem lub przewodem do doświadczeń z jednym biegunem źródła ładunków. Powstaje ładunek, który przenosi się na młynek z ostrzami. Ponieważ ładunek na końcówkach bardzo szybko się rozładowuje, następuje odrzut. Prędkość ruchu obrotowego wzrasta wraz z ilością podawanych ładunków, ostrza działają podobnie jak dysze wylotowe gazów lub płynów. [strona 9] 4. Elektrostatyczny "taniec" Tarcza z wtykiem 4 Elektroda kulista w pojemniku z tworzywa sztucznego 6 Kawałki wysuszonego rdzenia czarnego bzu 11 Umieścić wtyk tarczy w gnieździe A pręta izolacyjnego. Włożyć kilka kawałków czarnego bzu do pojemnika z elektrodą kulistą. Pojemnik nasadzić na tarczę otwartą stroną skierowaną do dołu. Wtyk B na pręcie izolacyjnym i wtyk na elektrodzie kulistej połączyć łańcuchami lub przewodem do doświadczeń ze źródłem ładunków. Zwiększa się liczbę podawanych ładunków dopóty, dopóki kawałki czarnego bzu w pojemniku nie zaczną tańczyć. Następnie przerywa się podawanie ładunków i obserwuje jeszcze przez jakiś czas przebieg procesu. Kawałki czarnego bzu leżące na tarczy elektryzują się jednoimiennie i są odpychane przez tarczę. W pobliżu przeciwnego bieguna oddają swój ładunek lub elektryzują się ładunkiem przeciwnego znaku. Dzięki temu ponownie opadają na tarczę i proces zaczyna się od początku. Także po przerwaniu podawania ładunków jest jeszcze na tyle dużo zmagazynowanych ładunków, by móc przez jakiś czas obserwować ów elektryczny taniec. Strona 4 z 7

5 [strona 10] 5. Filtr elektrostatyczny (pochłaniacz dymu) Tarcza z wtykiem 4 Elektroda ostrzowa w pojemniku z tworzywa sztucznego 7 Umieścić wtyk tarczy w gnieździe A pręta izolacyjnego. Napełnić dymem pojemnik z elektrodą ostrzową (zdmuchnąć świecę, użyć kadzidełka). Pojemnik nasadzić na tarczę otwartą stroną skierowaną do dołu. Wtyk B na pręcie izolacyjnym i wtyk na elektrodzie ostrzowej połączyć łańcuchami lub przewodem do doświadczeń ze źródłem ładunków. Powoli zwiększa się liczbę podawanych ładunków dopóty, dopóki dym w sposób widoczny nie zacznie opadać. Następnie należy raz jeszcze powtórzyć cały proces. Elektroda ostrzowa oddziałuje na przestrzeń swoim potencjałem. Dzięki temu również cząsteczki dymu zyskują tę samą polarność, zaczynają się odpychać i osiadają na tarczy z ładunkiem o odwrotnym znaku. [strona 11] 6. Elektrostatyczna "gra dzwonków" Dzwonki 14 Umieścić dzwonki we wtyku A pręta izolacyjnego. Wtyk B na pręcie izolacyjnym i wtyk na dzwonkach połączyć łańcuchami lub przewodem do doświadczeń ze źródłem ładunków. Powoli zwiększa się liczbę podawanych ładunków dopóty, dopóki nie wprawi się w drgania metalowych pałeczek pomiędzy dzwonkami i nie zaczną one w nie uderzać. Zbyt duża ilość ładunków skutkuje przebiciami między uchwytami. Pałeczki ładują się na zasadzie indukcji i są przyciągane przez dzwonek o odwrotnym ładunku lub odpychane przez środkowy dzwonek. Dotknięcie zewnętrznych dzwonków powoduje wyładowanie i pałeczka cofa się. Proces zaczyna się ponownie dzięki naładowaniu ładunkiem przeciwnego znaku. Strona 5 z 7

6 [strona 12] 7. Elektrostatyczny tor toczny na maszynie elektrostatycznej Elektrostatyczny tor toczny 18 Zwierając oba słupki elektrod, rozładować maszynę elektrostatyczną. Następnie ustawić kule obu elektrod w odległości około 20 cm od siebie, by, jak zaprezentowano na zdjęciu, można było podwiesić na hakach pomiędzy kulami elektrostatyczny tor toczny. Precyzyjna regulacja słupków elektrod pozwoli na to, by ustawić tor toczny w pozycji możliwie jak najbardziej zbliżonej do poziomej. Kręcenie korbą maszyny elektrostatycznej powoduje, że do obu płytek elektrody toru tocznego płyną ładunki. Wskutek tego również kula na zasadzie indukcji elektrostatycznej lub przez bezpośredni kontakt z elektrodą przyjmuje ładunki na swej warstwie przewodzącej. Gdy tylko ilość przyjętych i zmagazynowanych przez kulę ładunków jest wystarczająco duża, elektroda o ładunku jednoimiennym zaczyna odpychać kulę, zaś elektroda o ładunku różnoimiennym ją przyciągać. Kula potoczy się w kierunku elektrody ją przyciągającej. Gdy tylko dotknie tej elektrody, odda swój zmagazynowany ładunek i naładuje się zgodnie z ładunkiem elektrody. W związku z tym elektroda zacznie ją odpychać i kula potoczy się do drugiej elektrody. W ten sposób zachodzić będzie stały ruch kulki w tę i z powrotem dopóty, dopóki maszyna elektrostatyczna będzie doprowadzała ładunki do płytek elektrody. [strona 13] 8. Elektrostatyczny tor toczny na statywie Elektrostatyczny tor toczny 18 Pręt izolacyjny, 2x, np. firmy Cornelsen Experimenta, art. nr: Stopa z gliny, 2x, np. firmy Cornelsen Experimenta, art. nr: Przewód do doświadczeń, 50 cm, czarny, 2x, np. firmy Cornelsen Experimenta, art. nr: Źródło wysokiego napięcia o wysokiej impedancji (generator van de Graaffa) Zamocować pręty izolacyjne w glinianych stopach, a następnie ustawić w odległości około 20 cm od siebie w taki sposób, by, jak zaprezentowano na zdjęciu, można było podwiesić na hakach nad wpiętymi po bokach przewodami do doświadczeń elektrostatyczny tor toczny. Precyzyjna regulacja prętów izolacyjnych w glinianych stopach pozwoli na to, by ustawić tor toczny w pozycji możliwie jak najbardziej zbliżonej do poziomej. Połączyć przewody do doświadczeń z przyłączami źródła wysokiego napięcia o wysokiej impedancji. Włączenie źródła wysokiego napięcia o wysokiej impedancji powoduje, że do obu płytek elektrody toru tocznego płyną ładunki. Wskutek tego również kula na zasadzie indukcji elektrostatycznej lub przez bezpośredni kontakt z elektrodą przyjmuje ładunki na swej warstwie przewodzącej. Gdy tylko ilość przyjętych i zmagazynowanych przez kulę ładunków jest wystarczająco duża, elektroda o ładunku jednoimiennym zaczyna odpychać kulę, zaś elektroda o ładunku różnoimiennym ją przyciągać. Kula potoczy się w kierunku elektrody ją przyciągającej. Gdy tylko dotknie tej elektrody, odda swój zmagazynowany ładunek i naładuje się zgodnie z ładunkiem elektrody. W związku z tym elektroda zacznie ją odpychać i kula potoczy się do drugiej elektrody. W ten sposób zachodzić będzie stały ruch kulki w tę i z powrotem dopóty, dopóki źródło wysokiego napięcia będzie doprowadzało ładunki do płytek elektrody. Strona 6 z 7

7 [strona 14] 9. Tarcza błyskowa Tarcza błyskowa 15 Umieścić tarczę błyskową we wtyku A pręta izolacyjnego. Wtyk B na pręcie izolacyjnym i wtyk na górnej krawędzi tarczy błyskowej połączyć łańcuchami lub przewodem do doświadczeń ze źródłem ładunków. Ładunki wytworzone przez źródło gromadzą się na krańcowych stykach tarczy. Gdy napięcie jest wystarczająco duże, następuje wyładowanie ponad przestrzeniami pomiędzy pasmami przewodnika. Strona 7 z 7