Метод электролитической ванны

В методе электролитической ванны изучение электростатического поля заменено изучением электрического поля, существующего в проводящей среде при протекании в ней постоянного тока. Такая замена оказывается правомочной, если потенциалы проводников, создающих поле, поддерживаются постоянными, а проводимость среды значительно меньше проводимости проводников. В этом случае поверхности проводников можно считать поверхностями равного потенциала.

Для проведения работы используется ванна со слабым водным раствором CuSO₄ (медный купорос), в который погружаются различного вида электроды (Э₁ и Э₂). Пара электродов присоединяется к источнику постоянного тока (рис. 2). Эквипотенциальные поверхности находятся с помощью двух щупов. Один из них (неподвижный) укрепляется на ванне и соединяется с нуль–гальванометром, который через другую клемму соединяется с подвижным щупом. Таким образом, получается замкнутая цепь: раствор - подвижный щуп – нуль-гальванометр – неподвижный щуп.

Рис.2

Подвижный щуп служит для отыскания точек, для которых нуль-гальванометр не дает отклонения. Отсутствие тока через нуль-гальванометр означает, что концы щупов имеют равные потенциалы, т. е. щупы находятся на эквипотенциальной поверхности.

Порядок выполнения работы

Определение эквипотенциальной поверхности производится следующим образом. Укрепите неподвижный щуп НЩ на краю ванны (эквипотенциальная поверхность «a»), затем, держа в руке неподвиж­ный щуп, передвигайте его в ванне до тех пор, пока стрелка гальванометра не остановится на нуле. Отметьте эту точку на миллиметровке; пусть это будет точка 1. Затем, передвигая подвижный щуп, найдите новую точку 2, где гальванометр дает нулевое показание, так найдите 5-6 точек. Соединив, плавной кривой, вы получите эквипотенциальную кривую (см. рис. 2). После этого переставьте неподвижный щуп НЩ в новое положение «б», и найдите 5-6 точек другой эквипотенциальной кривой.

Для каждой конфигурации электродов Э₁ и Э₂ данного вида необходимо вычертить 8-10 эквипотенциальных кривых. Вычерчивание эквипотенциальных кривых на чертеже для каждой конфигурации электродов ведется карандашами различного цвета на одном и том же листе миллиметровки. Необходимо помнить, что каждая точка получена с некоторой ошибкой. В каждом случае положение электродов в ванне должно быть схематически изображено на миллиметровке (между ними и располагаются эквипотенциальные кривые). Затем по известным эквипотенциальным кривым вычерчиваются силовые линии. Чтобы задать направление силовых линий, необходимо на чертеже отмечать положительные и отрицательные потенциалы проводников Э₁ и Э₂.

Запишите вывод и ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что называется силовой линией? Как найти силовые линии в методе электролитической ванны?

2. Что называется эквипотенциальной поверхностью? Докажите, что силовые линии идут всегда перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям.

3. Как выглядят эквипотенциальные поверхности:

• точечного заряда,

• однородного поля?

5. Как по картине силовых линий определить области высокой и низкой напряженности поля?

6. Как по картине эквипотенциальных поверхностей определить области высокой и низкой напряженности поля?

7. Могут ли силовые линии пересекаться? Могут ли эквипотенциальные поверхности пересекаться?