Метод вимірювання і опис установки
Експериментальне дослідження картини електростатичного поля в цій роботі здійснюється за допомогою установки, схематично зображеної на рис. 32.2.
Рис. 32.2
В електролітичну ванну, заповнену розчином слабкого електроліту (роль електроліту в роботі відіграє водопровідна вода), вміщуємо металеві моделі електродів А і В, картину поля яких необхідно вивчити. На електроди подається змінна напруга, щоб виключити ефекти електролізу і перекручування картини поля, що виникають при цьому.
У вимірювальну частину схеми входять: вимірювальний зонд , подільник напруги, вольтметр, що показує потенціал на зонді, і гальванометр, що реєструє струм. Зонд являє собою металевий провідник без ізоляції, розміри якого значно менші за розміри електродів. Зонд вноситься в досліджувану точку поля.
Якщо потенціал зонда, що встановлюється дільником напруги, не збігається з потенціалом досліджуваного поля, то гальванометр покаже струм, відмінний від нуля.
Переміщуючи зонд по координатній сітці площини електролітичної ванни, можна знайти точки з потенціалом, що збігається з потенціалом зонда. Струм через гальванометр при цьому дорівнює нулю.
З'єднуючи плавною кривою точки з однаковими потенціалами, нанесеними на координатну сітку (аркуш міліметрового паперу) одержимо картину еквіпотенціальних ліній, що є перетином дна електролітичної ванни і еквіпотенціальних поверхонь досліджуваної моделі електродів.
З огляду на те, що силові лінії в кожній точці поля перпендикулярні до еквіпотенціальних поверхонь, можна побудувати картину поля за допомогою силових ліній (ліній напруженості). Для цього виберемо довільно на одному з електродів точку (наприклад, А). Проведемо через цю точку дотичну до металевої поверхні електрода (будь-яка металева поверхня є еквіпотенціальною). Встановимо перпендикуляр до дотичної у цій точці і продовжимо до перетину з наступною еквіпотенціальною лінією (точка В). Проводячи аналогічні геометричні побудови в інших точках еквіпотенціальних ліній, знаходимо напрямок ліній напруженості (силових ліній).
Середнє значення напруженості електричного поля <E> можна визначити, використовуючи рівняння (5). Для цього треба виміряти відстань між точками з потенціалами A і У, В і С і т.п., а різницю потенціалів легко визначити з отриманої картини поля.
Прилади і приладдя
Джерело змінної напруги 30 В, подільник напруги (потенціометр), ламповий вольтметр, гальванометр (мікроамперметр), електролітична ванна з координатною сіткою, зонд, набір електродів, аркуш міліметрового паперу.
Порядок виконання роботи
Приєднати електроди і зонд до клем, розташованих на лабораторному столі (конфігурацію електродів і їхнє розташування вказує викладач).
Перенести форму, розміри і розташування електродів з лабораторного макета на аркуш міліметрового паперу в повній відповідності з макетом.
Ввімкнути катодний вольтметр і установку.
Установити за допомогою потенціометра R потенціал зонда.
Визначити координати точок з однаковими потенціалами, переміщуючи зонд.
Нанести координати точок з однаковими потенціалами, переміщуючи зонд і нанести їх на аркуш.
Повторити дії, вказані в п. 4 - 5, для інших значень потенціалу, погоджених з викладачем.
З'єднати плавно точки з однаковими потенціалами еквіпотенціальними лініями.
Побудувати картину електричного поля за допомогою силових ліній поля.
Розрахувати середню напруженість поля Е в деяких точках за погодженням з викладачем.