Отчет о работе
Отчет должен содержать рисунки эквипотенциалей и силовых линий с указанными на них значениями вектора напряженности для разных конфигураций электродов, расчеты напряженности, вывод о соответствии найденных значений напряженности картинам наблюдаемых полей.
Контрольные вопросы
1. Чем создается электростатическое поле?
2. Какие физические величины характеризуют электростатическое поле; их физический смысл; их единицы измерения?
3. Напряженность и потенциал электростатического поля точечного заряда, заряженного шара (внутри и вне его), диполя, заряженной плоскости.
4. Силовые линии электрического поля. Их направление.
5. Работа сил электрического поля по перемещению заряда, циркуляция напряженности электрического поля.
6. Каков физический смысл разности потенциалов двух точек в электростатическом поле?
7. Эквипотенциальные поверхности.
8. Как располагаются силовые линии электрического поля по отношению к эквипотенциальным поверхностям?
9. Чему равна работа электрического поля при перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности?
10. При каком
соотношении величин заданного потенциала
зонда
и участка электролита
определяется точка, принадлежащая к
данной эквипотенциальной линии?
11. Как связаны между собой силовая и энергетическая характеристики электростатического поля – его напряженность и потенциал?
12. От чего зависит числовое значение потенциала в данной точке электростатического поля?
Библиографический список
1. Трофимова Т. И., Курс физики, М., Высшая школа, 2004 (1998). С. 150-152; 159-162; 180-181; 183-184.
2. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики: Учеб. пособ. для втузов. – М.: Высш. шк., 2000. С. 184-190; 234-239; 254-256.
Лабораторная работа № 2 изучение работы электронного осциллографа
Цель работы – изучение принципа работы осциллографа и знакомство с его устройством.
Краткая теория
Электронный осциллограф (ЭО) предназначен для исследования быстропеременных периодических процессов. Например, с помощью осциллографа можно измерять напряжение, силу тока и изменение их во времени, сдвиг фаз между ними, сравнивать частоты и амплитуды различных переменных напряжений и др. Кроме того, осциллограф при применении соответствующих преобразователей позволяет исследовать неэлектрические процессы, например, измерять малые промежутки времени, кратковременные давления (например в медицине) и т. д.
Основными узлами ЭО являются электроннолучевая трубка, блок питания, усилители напряжения Ux и Uy, синхронизирующее устройство.
Электронно-лучевая трубка (рис. 2.1) состоит из стеклянного баллона, откачанного до низкого давления. Внутрь трубки впаян ряд электродов.
Рис. 2.1
Источником электронов служит катод 2, подогреваемый спиралью 1. Между катодом и первым анодом 4 приложено ускоряющее напряжение в несколько сот или тысяч вольт. Ускоренные электроны, попадая на флуоресцирующий экран 8, вызывают его свечение. Катод находится внутри цилиндра 3, являющегося управляющим электродом. В основании цилиндра сделано отверстие для узкого электронного пучка. Подавая на цилиндр 3 потенциал, меньший чем потенциал катода, можно изменять число электронов в пучке и яркость пятна на экране. Второй анод 5, потенциал которого выше потенциала первого анода, служит для фокусировки электронного луча. После второго анода электронный луч проходит между двумя парами металлических пластин 6 и 7 (конденсаторов). Если на любую пару пластин подать напряжение, то луч отклонится.
Исследуемое напряжение подается через усилитель на вертикально отклоняющие пластины. На горизонтально отклоняющие пластины обычно подается пилообразное напряжение от генератора развертки, которое заставляет луч двигаться в горизонтальной плоскости. Одновременное действие обеих пар пластин на электронный луч позволяет наблюдать на экране изменение исследуемого напряжения во времени. Если период напряжения развертки равен или кратен периоду исследуемого напряжения, картина за период развертки будет полностью повторяться, и мы увидим на экране неподвижную (застывшую) кривую.
Величина, равная отношению отклонения луча к величине напряжения, вызвавшего отклонение, называется чувствительностью трубки. Чувствительность трубки в направлении осей Х и Y равна
(2.1)
Она численно равна отклонению луча на экране при разности потенциалов на пластинах в 1 Вольт.
Чувствительность трубки определяется геометрией и взаимным расположением электродов, а также ускоряющим напряжением (между анодом 4 и катодом 2). Рис. 2.2 иллюстрирует эту связь.
Рис. 2.2
L – расстояние от правого края пластин до экрана Э; l – размер пластин;
d – расстояние между пластинами
При прохождении поля электрон приобретает дополнительную поперечную составляющую скорости Vу:
,
где
время движения электрона между пластинами;
– продольная составляющая скорости
(не меняется в процессе движения). Отсюда
.
Из рис. 2 видно, что
.
Отсюда
.
(2.2)
Из (1) и (2) следует, что
.
(2.3)
Работа ускоряющего электрического поля между анодом 4 и катодом 2
,
т.е.
.
Учитывая это, из (3) получим
.
(2.4)
Для данной трубки, при Uуск=const, чувствительность jy является величиной постоянной.
Достоинствами электронно-лучевого осциллографа являются его высокая чувствительность и безынерционность действия, что позволяет исследовать процессы, длительность которых порядка 106 108 секунд. Преимущество осциллографа перед вольтметром заключается в том, что осциллограф позволяет измерять переменное напряжение различных частот, в то время как каждый вольтметр переменного тока дает возможность проводить измерения только в определенном интервале частот.