ふれて分ける:金属とプラスチックの電荷

教育用シミュレーションゲーム。金属球がふれたときに電荷がどう分かれるか、金属がプラスチックにふれたらどうなるか、導線が大小の球に電荷をどう分けるかを予想し、電子の流れを見よう。

導体絶縁体

ふれて分ける

同じ2つの球

準備完了
球をふれ合わせるには JavaScript を有効にしてください。説明と例題はそのまま読めます。
正の電荷(+)負の電荷と電子の流れ(−)あなたの予想台、導線、軸
分け方ΣQ = ΣQ₀

時間

0.00 s

t

A の電荷

— nC

Q_A

B の電荷

— nC

Q_B

C の電荷

— nC

Q_C

電荷の合計

— nC

Q_A + Q_B + Q_C

始める前に予想しよう

予想を入力して準備しよう。答えが入るまでスタートは押せません。

電荷の行き先を予想しよう。

ミッションスコア—

答えは2%以内なら正解で、それぞれ100点。1回目で正解なら50点追加。実験は始めた時点で1回と数えます。

✓ 正解① 一発正解

ふれて分けるの遊び方

  1. テストを選び、カードで最初の電荷を読もう。
  2. 同じ金属球は合計を等しく分け、導線でつないだ球は半径に比例して分け、プラスチックは何も受け取りません。
  3. 予想を入力し(負なら負号をつけて)、スタートを押そう。球は2つずつ順にふれます。
  4. オレンジの印を右の電荷の棒とくらべよう。

導体と絶縁体

金属の中には、どの原子にもしばられていない電子があり、金属全体を自由に動き回ります。だから金属は導体です。2つの金属がふれると、この電子が両方の電位が等しくなるまで一方から他方へ流れ、そこで止まります。同じ球どうしは最後に等しい電荷をもち、大きな球は小さな球より多くもちます。同じ電位でより多くの電荷をたくわえられるからです。プラスチック、ガラス、ゴム、かわいた空気では、電子はそれぞれの原子からはなれません。これらは絶縁体で、のせた電荷はその場所にとどまります。だから帯電した球はプラスチックの上に置き、導線はプラスチックでおおわれ、帯電した金属を手でさわると、巨大な地球につながる導体である体を通って、電荷がほとんどにげてしまいます。

学習に絞ったモデル

大きい球と小さい球のテスト以外では、球はすべて同じで、完全な絶縁体の上にあります。電荷はふれた瞬間にだけ動き、両方が同じ電位になるまで広がり、そのあと球は何も失わずにはなれます。大きさのちがう球が実際にふれると分け方がもっと複雑になるので、大きい球と小さい球のテストでは長く細い導線でつなぎ、それぞれがほぼ単独の球としてふるまうようにしています。プラスチックはまったく電荷を受け取りません。記号はおよそ 1 nC に1つで、台と球は実際の大きさではありません(半径の比 3 : 1 だけは正確です)。2%以内の答えは正解です。

言語を切り替えても、実験、予想、挑戦回数、実行の状態は保たれます。