Лабораторная установка

Установка представлена на рис. 1.1. В ванну, сделанную из материала с хорошими электроизолирующими свойствами (например, из плексигласа), помещают металлические электроды А и В, поле между которыми хотят изучить. Ванна заполняется жидким электролитом, проводимость которого мала по сравнению с проводимостью металла. В частности, для заполнения ванны подходит вода. На электроды подается напряжение от выпрямителя. Электрическое поле между электродами А и В исследуется с помощью зонда Z – электрода, закрепленного на пантографе (приспособлении для рисования). В измерительную часть схемы, кроме зонда Z, входят также гальванометр G, вольтметр V и делитель напряжения R. Перемещая движок на делителе напряжения R, этому движку можно придавать различные значения потенциала относительно электродов, погруженных в ванну (разумеется, в пределах полной разности потенциалов наложенной на электроды и на делитель). Наличие или отсутствие тока в цепи гальванометра зависит при этих условиях от того, в какой точке поля находится зонд. Если он находится в такой точке поля, потенциал которой равен потенциалу, установленному на движке делителя, то тока в цепи зонда и гальванометра не будет.

Геометрическое место всех точек поля, для которых в цепи зонда ток будет равен нулю (при данном положении движка на делителе), образует эквипотенциальную линию в исследуемом поле. Для измерения потенциала этой линии (относительно электродов, помещенных в ванну) служит вольтметр, включенный между движком и одним из электродов. Для каждого установленного на движке делителя значения потенциала находят путем перемещений зонда в ванне соответствующую эквипотенциальную линию (гальванометр на ней показывает ноль), изображая ее при этом на листе бумаги с помощью пантографа.

Рис. 1.1

Во избежание электролиза, вместо постоянного тока применяют переменный ток небольшой частоты (соответственно электрическая схема включения электродов и зонда сложнее представленной на рис. 1.1).

Порядок выполнения работы

Техника безопасности: при выполнении данной работы следует соблюдать общие правила по ТБ в лаборатории электричества. Смену электродов производить только после отключения схемы от сети.

1. Установить и закрепить в ванне с электролитом (водой) два плоских электрода А и В, поле между которыми хотите изучить.

2. Вставить и закрепить чистый лист бумаги под карандаш (иглу) пантографа.

3. Не включая источник тока, обвести зондом электроды, проставляя при этом точки иглой пантографа на бумаге. Соединить найденные точки линиями. В результате на бумаге получится изображение электродов (с используемым в лабораторной установке пантографом – уменьшенное в два раза).

4. Поместить зонд в произвольную точку между двумя электродами (с таким расчетом, что между электродами нужно найти 3-4 эквипотенциали). Отметить положение зонда точкой на бумаге. Подключить схему к сети.

5. Перемещая движок реостата, вывести стрелку гальванометра на нуль. Записать показания вольтметра рядом с отмеченной точкой на бумаге. Переместить зонд в другие точки поля так, чтобы гальванометр по-прежнему показывал нуль, отмечая при этом положение найденных точек иголкой пантографа на бумаге (не менее 5 точек). Соединить найденные точки одной эквипотенциалью.

6. Переместить зонд в другое положение, отметить это положение точкой на бумаге и выполнить пункт 5. Действуя таким образом, снять 3-4 эквипотенциали и напряжение на них. Измерить таким же образом потенциалы на обоих электродах, при этом зонд должен касаться их.

7. Выключить установку. Построить линии напряженности.

8. По формуле (1.1) оценить напряженность поля в трёх точках, находящихся на одной силовой линии, учитывая, что используемый в работе пантограф уменьшает все размеры в два раза. В этих точках на чертеже указать найденные значения напряженности. Подойти к преподавателю на проверку.

9. Повторить пункты 1-8 для других наборов электродов.