Порядок проведення дослідів

1. Скласти схему, зображену на рис. 4.2.

2. Після перевірки схеми включити живлення та встановити струм, вказаний викладачем.

3. При різних відстанях між котушками за допомогою ваг визначити силу взаємодії. При цьому слід ретельно підтримувати задане значення струму в колі.

4. Дослід повторити.

5. Усереднені результати вимірювань занести до табл. 4.

6. Намалювати ескіз котушок та нанести на нього розміри.

Таблиця 4

№ пор.	х, м	F○, Н	F□, Н	Fроз, Н	Примітка
1
2
3
4
5

Рис. 4.2. Схема дослідної установки.

Обробка результатів дослідження

У суміщеній системі координат побудувати графіки залежностей за дослідними даними та даними, розрахованими при взаємодії круглих котушок.

Контрольні питання

1. Від чого залежить сила взаємодії між двома контурами зі струмами?

2. Як впливає форма котушок на силу взаємодії?

3. Як впливає сила струму у контурах на силу взаємодії?

4. Як впливає відстань між контурами на силу взаємодії?

5. Як залежить сила взаємодії двох котушок від кількості їх витків?

Лабораторна робота №5

МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ ДВОПРОВІДНОї ЛІНІЇ електропередач струмом У ПРОВІДНОМУ листі

Мета роботи: одержати експериментальним шляхом картину поля струму в провідному листі. Визначити аналогію між картинами поля струму в провідному середовищі й електричного поля в діелектрику при однакових граничних умовах.

Опис лабораторної установки.

Лабораторна установка складається із плоского круглого залізного листа, по периметру якого розташовані затискачі для підведення струму (рис. 5.1). На листі неглибокими рисками нанесена прямокутна сітка, яка необхідна для визначення координат точок на поверхні листа. Затискачі розміщені парами, причому кожна пара затискачів розташована симетрично відносно середньої діаметральної лінії АВ. Живлення установки відбувається від джерела постійного струму. Сталість сили струму під час досліду підтримується регулювальним реостатом. Установка містить щуп і гальванометр для знаходження ліній рівного потенціалу. Гальванометр приєднують до щупа та за вказівкою викладача до одного з затискачів листа.

Рис. 5.1. Схема дослідної установки.

Основні теоретичні відомості.

При дослідженні електростатичного поля в діелектрику, що оточує систему заряджених провідників, граничною умовою їх поверхонь є сталість електричного потенціалу на кожній з поверхонь і, відповідно, перпендикулярність ліній напруженості поля до цих поверхонь.

У випадках, коли ми маємо справу з полем електричного струму, що розтікається в середовищі з порівняно невеликою питомою провідністю, для передачі струму в це середовище застосовують занурені в неї металеві електроди, які мають порівняно високу питому провідність.

Якщо прийняти питому провідність електродів за таку, що дорівнює нескінченності, то спад напруги уздовж електродів при проходженні по них струму дорівнюватиме нулю а, отже, поверхні електродів будуть поверхнями рівного потенціалу.

У цьому випадку граничні умови для поля струму в середовищі, що оточує електроди, відповідають граничним умовам для електростатичного поля в діелектрику, що оточує заряджені провідні тіла. Рівняння поля постійного струму в провідному середовищі аналогічні рівнянням електростатичного поля в діелектрику, причому величинам δ, і, Е, U, γ (густина струму, струм, напруженість поля, потенціал, питома провідність) у першому полі відповідають величини D, q, E, U, ε (електричне зміщення, заряд, напруженість поля, потенціал, діелектрична проникність) у другому полі. Тому, якщо форма поверхонь електродів буде така ж як форма поверхонь заряджених тіл, і якщо співвідношення між струмами, що витікають із електродів, будуть таким ж як співвідношення між зарядами тіл, то картина поля струму в нескінченному провідному середовищі, що оточує електроди, буде така ж, як і картина електростатичного поля, що оточує заряджені тіла.

Зокрема, якщо уявити собі два циліндричних нескінченно довгих паралельних електроди кругового перерізу з нескінченною питомою провідністю, які знаходяться в нескінченному середовищі з кінцевою питомою провідністю, то при наявності напруги між електродами картина поля струму в середовищі, що оточує електроди, повинна повністю збігатися з картиною електричного поля в діелектрику, що оточує заряджену двопровідну лінію електропередач.

Отже, ми можемо стверджувати, що лінії струму в провідному середовищі будуть колами, які проходять через електричні осі електродів, а лінії рівного потенціалу в площинах, перпендикулярних осям електродів, складуть сімейство ексцентричних кіл із центрами на прямій, що проходить через осі електродів (рис. 5.2). Якщо діаметри електродів малі порівняно з відстанню між ними, то електричні осі практично збігаються з геометричними осями електродів.

Рис. 5.2. Картина поля в середовищі між двома електродами. 1 – лінії струму; 2 – лінії рівного потенціалу.

Для дослідження такого поля немає необхідності мати у своєму розпорядженні нескінченне провідне середовище з нескінченно довгими електродами. Достатньо із всього середовища виділити її частину, обмежену з усіх боків лініями струму. Саме такою частиною і є залізний лист лабораторної установки. Поверхня цього листа, як границя провідного середовища, утворить собою сукупність лінії струму.

Плоска поверхня листа відповідає двом площинам, що перпендикулярні нескінченно довгим електродам або, відповідно, проводам лінії передачі. Лінії напруженості в полі лінії передачі паралельні цим площинам. Бічна циліндрична поверхня листа відповідає циліндричним поверхням, утвореним в електричному полі лінії передачі лініями напруженості, що є дугами кіл однакового радіуса.