Rozložení náboje na vodiči a izolantu

Pokus číslo: 1831

  • Cíl pokusu

    Experiment srovnává rozdíly v rozložení náboje na vodiči a izolantu podobné velikosti.

  • Teorie

    Ve vodiči se mohou náboje volně pohybovat − pokud tedy nabijeme vodič, náboje se (na pravidelném tělese) přerozdělí rovnoměrně. V případě plechovky se tedy nabije rovnoměrně celý vnější povrch; uvnitř plechovky (dutého vodiče) žádný náboj nebude, protože souhlasné náboje se odpuzují − snaží se od sebe dostat co nejdál. Podrobněji je rozložení náboje na vodičích nepravidelných tvarů diskutováno u experimentu Sršení v okolí hrotu.

    V izolantu se náboje přerozdělit nemohou. Pokud tedy nabijeme izolant, náboj zůstane pouze na místě nabití. Jestliže na izolantu nabijeme několik míst, zůstanou nabita všechna tato místa, protor mezi nimi nabitý nebude.

    Totéž platí i při vybíjení − pokud se dotkneme jednoho místa na vodiči, vybijeme ho tím celý. Na izolantu ale vybijeme jen velmi malý prostor poblíž místa dotyku.

  • Pomůcky

    • plechovka na izolační podložce s několika lístky alobalu
    • kanalizační trubka − „plastová plechovka“
    • PVC trubka a flanel
    • alobalový lístek na držátku
    • doutnavka

    Obr.1: Pomůcky
  • Plastová plechovka a alobalový lístek na držátku

    Jako izolant je v tomto pokusu použita kanalizační trubka. Narozdíl od většiny běžně používaných plastů není antistatická, lze ji tedy snadno nabít. Navíc je tvarem i velikostí podobná plechovce od kompotu, která je k elektrostatickým pokusům běžně používána.

    K tomu, aby bylo snadno poznat, zda je plechovka/kanalizační trubka v daném místě nabitá, je použit alobalový lístek na držátku vyrobeném z kousku drátu (viz obr. 2).

    Obr. 2: alobalový lístek - indikátor náboje

    Detekci náboje na „plastové plechovce“ ukazují následující obrázky:

    Obr. 3: Lístek alobalu poblíž místa, které není nabité (vlevo) a je nabité (vpravo)
  • Postup

    Postavte vedle sebe plechovku na izolační podložce a kanalizační trubku. Postupně proveďte následující:

    • Otřete plechovku i kanalizační trubku na jednom místě.
    • Otřete plechovku i kanalizační trubku na několika místech.
    • Plechovky i kanalizační trubky se na jednom místě dotkněte rukou nebo doutnavkou.
    • Otřete kanalizační trubku na jednom místě, pomocí alobalového lístku testujte rozložení náboje až po několika minutách.

    Ve všech případech pomocí alobalu na držátku (v případě kanalizační trubky) nebo zavěšeného alobalu (v případě plechovky) zjistěte rozložení náboje na plechovce i kanalizační trubce.

  • Vzorový výsledek

    Vzorové provedení pokusu ilustruje video níže:

  • Technické poznámky

    • Kanalizační trubka je velmi dobrým izolantem, proto se na ní náboj drží dlouhou dobu. K jejímu vybití je vhodné ji otřít mokrým hadrem a nechat uschnout.
    • K nabití „plastové plechovky“ stačí ji na daném místě otřít kouskem flanelu. Plechovku je lépe nabíjet pomocí nabité plastové tyče − při dotyku pouze přes flanel by mohlo dojít k jejímu vybití.
  • Další informace

    Pokus vznikl na základě výzkumu, ze kterého vyplynulo, že studenti sice mají dobrou představu o rozložení náboje na plechovce, ale s rozložením náboje na izolantu mívají často problémy. Velká část studentů je přesvědčena, že pokud nabijeme jedno místo na izolantu, náboj po chvíli zmizí, případně, že se náboj rozloží po celém povrchu izolantu. Experiment by tak měl sloužit k lepšímu pochopení pojmu izolant a chování náboje na něm.

    Podrobnější výsledky výzkumu a další připravené aktivity jsou k dispozici v dizertační práci RNDr. Věry Koudelkové.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: vyžaduje specifické pomůcky
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: 3–10 minut
Pokus je zachycen na videu