Sbírka fyzikálních pokusů

Elektrické kyvadélko

Pokus číslo: 754

• Cíl pokusu

  Pokus ukazuje, že elektrické pole je schopno konat práci. Vhodné využití pokusu je i jako motivační na začátku výuky elektrostatiky, případně jako problémový experiment, který mají studenti za úkol vysvětlit.

• Teorie

  Mezi dvěma tělesy s nábojem působí elektrická síla, která je buď odpudivá (jestliže jsou tělesa nabita nábojem stejného znaménka) nebo přitažlivá (jestliže jsou nabita nábojem opačného znaménka). Její velikost pro bodové náboje je dána Coulombovým zákonem (viz experiment Coulombův zákon).

  Jestliže k nabitému vodivému tělesu přiblížím nenabité, náboj se přerozdělí mezi obě dvě tělesa a ta se tak začnou odpuzovat. Stejně tak se náboj může přerozdělit, pokud se dotknou dvě vodivá tělesa, z nichž na každém z nich už nějaký náboj je.

  V našem případě jsou nabity dvě desky, jedna je nabita kladně, druhá záporně. Mezi těmito deskami je elektrické pole, jehož intenzita má směr (dohodou) od kladného náboje k zápornému. Jestliže mezi desky umístíme vodivý míček tak, aby se dotkl jedné z desek, přenese se na něj náboj a míček se od této desky odpudí. Ve vhodném uspořádání se přitáhne k opačně nabité desce a celý cyklus se opakuje (viz obr. 1).

  

• Pomůcky

  • dvě kovové desky na izolovaných stojáncích
  • zdroj vysokého napětí (např. vn zdroj, indukční elektrika, van den Graaffův generátor,...)
  • vodivý míček na nevodivé niti
  • nevodivá podložka (např. polystyren)
  • vodiče

  
  

  

• Příprava a provedení pokusu

  1. Dvě kovové desky na izolačních stojáncích připojíme k vysokonapěťovému zdroji (každou desku připojíme na jiný potenciál).
  2. Mezi desky umístíme míček s vodivým povrchem zavěšený na niti, niť upevníme na stojan.
  3. Míček vychýlíme tak, aby se dotkl jedné z desek a pozorujeme, že začne kmitat mezi oběma deskami. Frekvence kmitání se mění se vzdáleností desek.

• Vzorový výsledek

  Možné provedení pokusu je vidět na videu:

  
  

• Varianta pokusu

  Místo vodivých desek lze použít dlaně dvou lidí – oba si stoupnou na polystyren a každý se drží jednoho z vývodů indukční elektriky, třetí člověk drží míček na tyči mezi jejich dlaněmi.

  Experiment je v této variantě sice poměrně náročný na provedení, ale pro studenty zajímavý a vhodný jako motivační (případně vhodný na různé fyzikální show apod.).

  Je potřeba dbát na bezpečnost! Experiment v této variantě nesmí provádět osoba s nemocemi srdce, oba experimentátoři by se neměli dlaněmi přímo dotknout apod.

• Technické poznámky

  • Je potřeba, aby každá z desek byla připojena na jiný potenciál a bylo tak mezi nimi napětí. To lze zařídit buď tak, že každou z desek připojíme na jeden z kontaktů indukční elektriky (resp. dva různé vývody vysokonapěťového zdroje) nebo tím, že jednu z desek připojíme na vysokonapěťový zdroj (např. van den Graaffův generátor) a druhou desku uzemníme. Totéž se dá použít i u varianty s lidmi (jeden člověk je připojen ke generátoru, druhý je uzemněn).
  • Je potřeba, aby obě desky i míček byly izolovány a desky se vzájemně nedotýkaly (izolována samozřejmě nemusí být deska v případě, že je uzemněna).
  • Míček musí být vodivý – to lze zařídit např. nabarvením grafitovou tuhou, nastříkáním vodivým sprejem nebo obalením míčku do alobalu.