3. Описание лабораторной установки

ВАРИАТНТ А

В данной лабораторной работе аналогия между электростатическим полем и током в сплошной среде используется для исследования поля при различных формах электродов, помещённых в проводящую среду (влажный песок). К электродам подводится напряжение от звукового генератора, разность потенциалов между точками поля измеряется с помощью электронного осциллографа с двумя щупами.

Сначала для каждого из наборов электродов «плоскость - плоскость» , «плоскость - цилиндр», «цилиндр - цилиндр» строятся линии равного потенциала на поверхности песка, затем картина переносится на бумагу и дополняется линиями напряженности которые проводятся ортогонально к линиям равного потенциала.

С помощью осциллографа измеряется разность потенциалов U между электродами. Затем в указанных для каждой пары электродов точках А, В, С (рис. 6) измеряется напряжённость поля. Для этого электроды устанавливаются вдоль одной силовой линии на расстоянии 1 см друг от друга, измеряется разность потенциалов и рассчитывается величина напряжённости по формуле

|E|=∆φ/∆х.

Измеренные значения напряжённости сравниваются с теоретическими, которые рассчитаны при следующих значениях:

длина плоского электрода L=248 мм,

радиус цилиндрического электрода R=24,5 мм.

Для набора «плоскость - плоскость»:

возьмём для простоты =L, тогда из формулы (П.1) получаем для точек А и С, полагая х= /4,

Е_А=Е_с= (3.1)

а для точки В, полагая х= /2,

Е_в= (3.2)

Для набора «плоскость - цилиндр» при =L из формулы (П.2) получаем значения напряжённости в точках А, В, С (х= /4, /2, 3 /4)

Е_А=0,898 (3.3)

Е_В=0,904 (3.4)

Е_С=1,310 (3.5)

Для набора «цилиндр - цилиндр» получаем из формулы (П.3) значения величины напряжённости поля при = 220 мм

Е_А(х=0, у=0)=0,963 (3.6)

Е_{В (}х=0, у= /2)=0,481 (3.7)

Е_С(х=у= /2)=0,431 (3.8)

ВАРИАНТ Б

В качестве сплошной среды используется проводящая металлическая пластина 1, (рис.7 и 8) , покрытая парафинированным эбонитовым диэлектриком. Отверстия в диэлектрике составляют множество точек 2, используемых для исследования поля. Эксперимент проводят с двумя вариантами пластин. В первом варианте в пластину вмонтированы электроды 3 в виде параллельных плоскостей, во втором – в виде цилиндров. Электроды подключают к источнику питания 4 и создают разность потенциалов между ними 4В. Щупы 5 соединены с цифровым вольтметром 6.

Поиск линии равного потенциала проводят следующим образом. Помещают щуп 5 в любую точку исследуемого поля 1. Перемещая второй щуп в разные точки поля, отмечают точки, для которых показания вольтметра соответствуют нулю ( в трех значащих разрядах). Через эти точки проводят линии равного потенциала.

Для двух соседних линий равного потенциала определяют напряженность поля. Для этого помещают первый щуп в любую точку одной линии, второй – в ближайшую точку второй линии. По вольтметру определяют разность потенциалов между этими точками, а по числу дискретов – расстояние . По формуле

рассчитывают напряженность поля.