Vernier CZ - Vybavení pro výuku přírodovědných oborů

Nabíjení plechovky

GDX-Q
elektroskop - detektor elektrického náboje

Cíl aktivity

Pomocí této aktivity ukážete žákům, že plechovku můžete pomocí záporně nabitého brčka nabít jak kladně, tak záporně. Úkolem žáků bude přijít na to, proč se plechovka v prvním případě nabije záporně, zatímco ve druhém kladně.

Šikovným žákům můžete aktivitu modifikovat tak, že dostanou přímo za úkol vymyslet, jak plechovku pomocí záporně nabitého brčka kladně nabít.

Příprava

1. Pomocí BNC konektoru připojte k tělu čidla sondu na měření náboje.

čidlo

2. Postavte na izolační podložku plechovku, na kterou budete přenášet náboj z brčka. K plechovce připojte červený vývod čidla.

3. Černý vývod čidla uzemněte připojením k ochrannému kolíku zásuvky, ke kovové konstrukci lavice nebo k topení.

plechovka

4. Spusťte aplikaci Graphical Analysis a čidlo připojte (návod).

5. Klikněte na tlačítko pro nastavení zobrazování vpravo nahoře, zrušte zaškrtnutí u možnosti Graf a místo ní zaškrtněte možnost Hodnota.

Provedení 1. části experimentu

1. Několikasekundovým stiskem šedého tlačítka na těle čidla vynulujte aktuálně měřenou hodnotu náboje. Počítejte s tím, že náboj velmi snadno vzniká na lidském těle i v jeho okolí, proto nebude čidlo ani nyní ukazovat čistě nulovou hodnotu, spíše půjde o oscilování kolem nuly.

2. Několik sekund třete plastové brčko papírovým kapesníkem. Poté brčko po celé jeho délce otřete o hranu plechovky. Hodnotu a znaménko naměřeného náboje si poznamenejte.

Provedení 2. části experimentu

1. Stiskem šedého tlačítka čidlo vybijte (hodnota detekovaného náboje se vynuluje).

2. Plechovku uzemněte tím, že ji propojíte dalším vodičem s nulovacím kolíkem.

3. Znovu nabijte brčko třením o papírový kapseník. Tentokrát se ale brčkem nedotýkejte plechovky, pouze brčko (bez dotyku) vsuňte do vnitřní části plechovky.

4. Jakmile je brčko uvnitř, zrušte uzemnění plechovky (odpojte vodič).

5. Opět si poznamenejte hodnotu a znaménko naměřeného náboje.

Diskuse výsledků

V prvním případě (otření brčka o plechovku) ukázalo čidlo záporný náboj. Ve druhém případě je náboj kladný.

Nechte žáky, aby zkusili vymyslet, proč v prvním případě byla polarita náboje jiná než ve druhém případě – a jak vůbec ve druhém případě došlo k tomu, že se plechovka nabila.

Vysvětlení

Třením papíru o plastové brčko dochází k vytrhávání elektronů z povrchových vrstev papíru a jejich hromadění na povrchu brčka (více v experimentu Nabíjení třetním – triboelektrická řada). Otřeme-li tedy brčko o plechovku, elektrony se na ni přenesou a ta zůstane záporně nabitá.

Pokud záporně nabité brčko vložíme do vnitřku plechovky, přeskupí se elektrony v plechovce tak, aby byly dále od brčka. Tím se na vnitřní části plechovky vytvoří kladný náboj a na vnější části záporný náboj. Pokud bychom brčko zase vytáhli, elektrony se v plechovce opět rozmístí rovnoměrně. Je-li ovšem plechovka uzemněná, elektrony mohou jít ještě dál než jen na okraj plechovky, proto utečou uzemňovacím vodičem úplně pryč. Když uzemnění zrušíme a pak teprve nabité brčko vytáhneme, elektrony už se namají jak na plechovku vrátit, zůstatne tedy kladně nabitá.

Poznámky

Při nabíjení vzájemným otíráním uchopte konec brčka pevně prsty jedné ruky.
Brčko vložte mezi papír, pevně stiskněte prsty druhé ruky a brčko vytáhněte. Tím dojde k vzájemnému tření a vytrhávání povrchových elektronů.
Namísto brčka můžete využít instalatérskou odpadní trubku, která se také vyrábíz polypropylenu. Náboj předaný při dotyku plechovky bude výrazně větší.
Po nabití plechovky můžete sledovat, jak dochází vlivem vzdušné vlhkosti k postupnému vybíjení plechovky.
Vývody detektoru náboje jsou poměrně krátké, v případě potřeby je lze prodloužit ("nastavit") běžnými vodiči.