Метод вимірювання та опис установки

Експериментальне дослідження картини електростатичного поля в даній роботі здійснюється за допомогою установки, схематично зображеної на рис. 4.2.

Рис. 4.2

В електролітичну ванну, заповнену розчином слабкого електроліту (роль електроліту в роботі грає водопровідна вода) помістимо металеві моделі електродів M і N. У вимірювальну частину схеми входять зонд Z, дільник напруги (потенціометр R), вольтметр V, що показує потенціал на зонді, осцилограф О, що реєструє струм зонда. Зонд являє собою тонкий металевий провідник, на кінці якого ізоляція відсутня. Він переміщається в просторі між електродами, не вносячи перекручувань у картину потенціального поля.

    Якщо потенціал досліджуваного поля не збігається з потенціалом зонда, то на екрані осцилографа буде спостерігатися вертикальне відхилення променя. Якщо переміщати зонд у горизонтальній площині, то можна знайти точку з потенціалом, який дорівнює потенціалу зонда. У цьому випадку в центрі екрана осцилографа буде спостерігатися точка.

    Відзначимо різні положення зонда, що дають на екрані точки, на координатній сітці, з'єднаємо їх плавною лінією і тим самим одержимо для даного потенціалу проекцію еквіпотенціальної поверхні на горизонтальну площину (еквіпотенціальну лінію).

Змінюючи потенціал зонда і домагаючись нульового положення променя осцилографа, одержимо сімейство ліній рівного потенціалу (проекцій еквіпотенціальних поверхонь).

  Враховуючи, що силові лінії в кожній точці перпендикулярні до еквіпотенціальних поверхонь, можна побудувати повну картину електростатичного поля.

    Для цього, вибравши на одному з електродів точку (наприклад А, рис.4.3), проведемо дотичну в цій точці до еквіпотенциальної лінії. Потім проведемо перпендикуляр до дотичної з точки А до перетину з найближчою еквіпотенціальною лінією (наприклад, в точку В). Цю процедуру послідовно повторимо для точок В, С і так далі до поверхні другого електрода.

 

 

 

Рис.4.3

Прилади і приладдя

    Джерело змінної напруги (~10 В), потенціометр (R_макс=100 кОм ), ванна з водою, набір електродів, зонд, мультиметр ВР-11А, осцилограф, перемикач.

Порядок виконання роботи

Зібрати схему, зображену на рис. 4.2.

Розташувати у ванні циліндричні електроди, за координатною сіткою визначити положення електродів, їх радіуси і зобразити їх у масштабі 1: 1 на міліметровому папері.

Ввімкнути електроживлення схеми й осцилографа О. Перемикач П установити в положення I і, обертаючи ручку потенціометра R, установити заданий потенціал точки в стосовно електрода N, потенціал якого приймається за нульовий. Потенціали на електроді N задаються викладачем.

Установити перемикач П в положення II і, змінюючи положення зонда Z, домогтися того, щоб вертикальне відхилення променя осцилографа було мінімальним.

Визначити координату положення зонда і зафіксувати її на папері.

Переміщаючи зонд у ванні, знайти і зафіксувати на папері інші точки даного потенціалу.

З'єднати плавно точки з однаковими потенціалами еквіпотенціальною лінією.

Повторити дії, зазначені в п. 3 – 7, для інших значень потенціалів, погоджених з викладачем.

9. Відмітити значення потенціалу і радіуса для кожної еквіпотенціальної лінії і дані занести в таблицю.

10. Побудувати картину розподілу силових ліній поля.

11. Установити у ванні плоскі електроди. Вимірити і записати відстань d між ними. Повторити дії, зазначені у п. 2 – 10, для плоских електродів ( у п.9 замість радіуса визначити відстань Х від еквіпотенціальної лінії до електрода N).

Обробка результатів

 

1. Визначити теоретичні значення потенціалів поля циліндричного конденсатора для радіусів, що були виміряні, за формулою:

,

де  - радіус меншого електрода (N);

        - радіус -ї еквіпотенціальної поверхні;

        - коефіцієнт, обумовлений співвідношенням:

 , ,

     де  - радіус більшого електрода (M),

       - потенціали електродів M i N.

Результати записати в табл. 4.1.

 

Таблиця 4.1

Циліндричний конденсатор			Плоский конденсатор
	; R1 , см	……………	; X1, см	....................
Експеримент
Теорія

 

2. Визначити теоретичні значення потенціалів поля плоского конденсатора зі співвідношення

 

,

 

де  - відстань між плоскими електродами;

      - відстань від електрода N до - ї еквіпотенціальної поверхні.

      Результати занести в табл. 4.1.

      3.Порівняти отримані результати з експериментальними значеннями потенціалів і відмітити розбіжність результатів.

Контрольні запитання

1.Якими фізичними величинами характеризують електростатичні поля?

2.Що називається потенціалом (одиниці виміру в системі СІ )?

3.Дати визначення напруженості електричного поля (одиниці виміру в системі СІ ).

4.Який зв'язок між напруженістю поля і потенціалом?

5.Що називається градієнтом потенціалу і як спрямований вектор градієнта потенціалу?

6.Як довести ортогональність силових ліній і еквіпотенціальних поверхонь?     

7.Як розташовані еквіпотенціальні поверхні, що одержані за теорією?

8.В чому причина розбіжності експериментальних і теоретичних даних?

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: