Esperienza di laboratorio e comprensione di d.d.p.
Salve abbiamo fatto un esperienza in laboratorio in cui avvicinavamo due sfere conduttrici di egual raggio.
L'esperienza si è svolta cosi': colleghiamo a terra entrambe le sfere per portarle a potenziale 0 poi le avviciniamo a una distanza di 2cm e una sfera la colleghiamo a un generatore di f.e.m. a 2000V poi appoggiamo una bacchetta (con un terminale conduttore e manico isolante) alla sfera poi mettiamo la bacchetta all'interno di una gabbia di faraday e con un voltmetro connesso alla gabbia misuriamo la d.d.p. .
Ci sono molte cose sostanzialmente che mi sono poco chiare che mi porto da una comprensione non al 100% della teoria ovvero...
Una mia prima interpretazione di ciò che è successo è stata questa:
Intanto noi mettiamo a terra tutte e due le sfere in modo che portiamo entrambe a un potenziale che nominalmente poniamo a 0 in quanto il potenziale della terra è bassissimo e anke se fosse altissimo possiamo assumerlo 0 in quanto è costante... ora colleghiamo il generatore di fem alla sfera che portiamo rispetto alla terra a 2000V (sfera1) sull'altra sfera (sfera2) si genererà una carica indotta che sarà di segno opposto e di egual modulo tra i punti più vicini delle sfere e man mano che ci si allontana sulla superfice della sfera2 diminuisce di modulo fino ad andare "dall'altra parte" dove troviamo una carica di egual modulo e segno della carica della sfera1.
Detto in altri termini sulla sfera di 2000V avremo una densità di carica costante mentre sulla sfera2 la densità di carica sarà variabile e con segno opposto a quello della sfera a 2000v e concorde dall'altra parte della sfera2.
Poi il prof ha collegato la sfera2 a terra e ci ha detto di pensare cosa accadesse a quel punto... Io ho pensato che siccome la sfera2 è connessa a terra essa dovesse avere lo stesso potenziale della terra e non ci dovesse essere carica distribuita sulla sfera2 ... però ho provato a toccare la sfera con la bacchetta metallica sulla "facciata" che stava "difronte" la sfera1 e dopo averla messa nella gabbia di faraday ho osservato un potenziale... segno che sulla sfera2 c'era della carica... quindi ho pensato che la sfera a 2000V generasse in continuazione carica indotta sulla sfera2 ma questa costantemente veniva scaricata a terra... Però anche questa spiegazione mi sembra improponibile...
le cose che a me mi sono poco chiare sono....
La differenza di potenziale tra due piani indefiniti (ad esempio) la posso vedere come il lavoro che serve per portare una carica Q dal piano caricato positivamente (che avendo E = 0 e quindi V = k posso assumere che lì il potenziale sia 0) al piano con la carica negativa e quindi sarà E*h dove h è la distanza tra i piani?
Cosa accade alla sfera2 quando viene connessa a terra? si genera corrente?
Sulla sfera a potenziale maggiore c'è carica negativa?? Ovvero la carica negativa va sempre verso il potenziale maggiore fino a raggiungere la capacità del condensatore?
L'esperienza si è svolta cosi': colleghiamo a terra entrambe le sfere per portarle a potenziale 0 poi le avviciniamo a una distanza di 2cm e una sfera la colleghiamo a un generatore di f.e.m. a 2000V poi appoggiamo una bacchetta (con un terminale conduttore e manico isolante) alla sfera poi mettiamo la bacchetta all'interno di una gabbia di faraday e con un voltmetro connesso alla gabbia misuriamo la d.d.p. .
Ci sono molte cose sostanzialmente che mi sono poco chiare che mi porto da una comprensione non al 100% della teoria ovvero...
Una mia prima interpretazione di ciò che è successo è stata questa:
Intanto noi mettiamo a terra tutte e due le sfere in modo che portiamo entrambe a un potenziale che nominalmente poniamo a 0 in quanto il potenziale della terra è bassissimo e anke se fosse altissimo possiamo assumerlo 0 in quanto è costante... ora colleghiamo il generatore di fem alla sfera che portiamo rispetto alla terra a 2000V (sfera1) sull'altra sfera (sfera2) si genererà una carica indotta che sarà di segno opposto e di egual modulo tra i punti più vicini delle sfere e man mano che ci si allontana sulla superfice della sfera2 diminuisce di modulo fino ad andare "dall'altra parte" dove troviamo una carica di egual modulo e segno della carica della sfera1.
Detto in altri termini sulla sfera di 2000V avremo una densità di carica costante mentre sulla sfera2 la densità di carica sarà variabile e con segno opposto a quello della sfera a 2000v e concorde dall'altra parte della sfera2.
Poi il prof ha collegato la sfera2 a terra e ci ha detto di pensare cosa accadesse a quel punto... Io ho pensato che siccome la sfera2 è connessa a terra essa dovesse avere lo stesso potenziale della terra e non ci dovesse essere carica distribuita sulla sfera2 ... però ho provato a toccare la sfera con la bacchetta metallica sulla "facciata" che stava "difronte" la sfera1 e dopo averla messa nella gabbia di faraday ho osservato un potenziale... segno che sulla sfera2 c'era della carica... quindi ho pensato che la sfera a 2000V generasse in continuazione carica indotta sulla sfera2 ma questa costantemente veniva scaricata a terra... Però anche questa spiegazione mi sembra improponibile...
le cose che a me mi sono poco chiare sono....
La differenza di potenziale tra due piani indefiniti (ad esempio) la posso vedere come il lavoro che serve per portare una carica Q dal piano caricato positivamente (che avendo E = 0 e quindi V = k posso assumere che lì il potenziale sia 0) al piano con la carica negativa e quindi sarà E*h dove h è la distanza tra i piani?
Cosa accade alla sfera2 quando viene connessa a terra? si genera corrente?
Sulla sfera a potenziale maggiore c'è carica negativa?? Ovvero la carica negativa va sempre verso il potenziale maggiore fino a raggiungere la capacità del condensatore?
Risposte
quando la sfera 2 viene messa a terra in effetti c'è uno spostamento di carica a terra, che però è transitorio. Quindi, non viene costantemente prodotta carica; se ciò avvenisse, al fenomeno sarebbe associato un trasferimento continuo di energia, che in condizioni statiche non osservi.
Quello che accade in realtà è che, mentre prima d'essere collagata a terra, la sfera 2 aveva una carica totale nulla ed una distribuzione superficiale tale che la faccia più vicina alla sfera 1 si caricava negativamente, l'altra positivamente, una volta collegata a terra la carica positiva si scarica a terra, e la sfera rimane caricata negativamente. Questo, indipendentemente dal valore del potenziale relativo alla terra (che è zero).
Quello che accade in realtà è che, mentre prima d'essere collagata a terra, la sfera 2 aveva una carica totale nulla ed una distribuzione superficiale tale che la faccia più vicina alla sfera 1 si caricava negativamente, l'altra positivamente, una volta collegata a terra la carica positiva si scarica a terra, e la sfera rimane caricata negativamente. Questo, indipendentemente dal valore del potenziale relativo alla terra (che è zero).