4

Лабораторна робота № 11

Тема: Дослiдження потенцiалу i напруженностi поля у електричнiй ваннi.

Мета: Вимiр потенцiалiв i напруженностi поля для заданної конфiгурацiї

електродiв. Побудова iзолiнiй потенцiалу. Розрахунок i побудова векторiв напруженностi поля.

Обладнання: Електрична ванна з токопровiдною рiдиною (вода з домiшками),

електроди, мультиметр, блок живлення постiйного струму.

План роботи

Зiбрати макет з заданою конфiгурацiє електродiв згiдно малюнка варiанту завдання.

Намалювати свою конфiгурацiю електродiв на графiку.

На цьому малюнку наведено приклад конфiгурацiї для дiполю орiєнтованого вздовж осi X.

1. Налити до електричної ванни 1 литр токопровiдної рiдини (звичайна вода з природними домiшками з мережi водопостачання).

2. Пiд’єднати вимiрювальнi електроди до мультиметру (червоний - “VIΩ”, чорний - “Com“).

3. Вставити виводи електродiв моделi у кришку згiдно малюнку завдання, так щоб електроди опинились у вiдповiдних отворах кришки.

4. Закрити ванну кришкою.

5. Пiд’єднати електроди моделi до шнурiв живлення (червоний - “+”, чорний - “-“).

6. Пiдключити блок живлення.

7. Побудувати декiлька рiзних iзолiнiй потенцiалу.

8. Вимiряти i побудувати вектори напруженностi електричного поля для декiлька точок згiдно завдання.

Вимiр i побудова iзолiнiї потенцiалу.

1. Обрати опорну точку (x₀,y₀).

2. Вимiряти потенцiал φ(x₀,y₀) i занотувати потенцiал цiєї точки вiносно електродiв моделi φ₊(x₀,y₀), φ_-(x₀,y₀).

3. Зафiксувати один з вимiрювальних електродiв (наприклад “-“) у цiй точцi, i далi (для цiєї iзолiнiї) його не чiпати.

4. За допомогою мультиметру знайти i побудувати на графiку коордiнати точок (x_i,y_i) рiвного (iзо) потенцiалу φ(x_i,y_i), таких що φ(x_i,y_i) = φ(x₀,y₀) = const,

або φ(x_i,y_i) - φ(x₀,y₀) = Δφ = 0

Пошук точки на iзолiнiї

4.1. Шляхом послiдовних спроб, знайти таку точку (отвi) у ваннi для другого вимiрувального (“+”) електроду (x_i,y_i), потенцiал якої φ(x_i,y_i) найближчiй до потенцiалу опорної точки φ(x₀,y₀). При цьому мультиметр буде безпосередньо вказувати рiзницю потенцiалiв Δφ мiж точкою вимiру та опорною точкою. Ознакою того, що потрiбну точку знайдено є нульовий показ мультиметру

(Δφ = 0). Звернути увагу на те, що ця точка може знаходитись мiж сусiднiми точками з додатнiм (Δφ > 0) i вiд’ємним (Δφ < 0) знаками рiзниць потенцiалiв.

4.2.Нанести коордiнати знайденої точки на графiк.

4.3. Знайти ще декiлька точок згiдно п.п.7.4.1-2.

5. З’єднати знайденi точки постiйного потенцiалу плавною лiнiєю.

6. Обрати iншу опорну точку, таку що не попадає на вже побудовану iзолiнiю, i повторити вимiри i побудову графiку згiдно п.п. 1-5.

Вимiр i побудова вектору напруженностi електричного поля.

1. Зафiксувати вимiрювальний електрод -“+“ у заданiй точцi (x,y).

2. Вставити iнший вимiрювальний електрод -“-“ до найближчого сусiдньго отвору по горизонталi (x+Δx, y). Вимiряти рiзницю потенцiлiв Δφ_x = φ(x+Δx, y) - φ(x,y).

При цьому мультиметр безпосередньо показує рiзницю потенцiлiв.

Маючи на увазi, що вiдстань мiж отворами дорiвнює 1сМ, розрахувати напруженнiсть електричного поля вздовж осi x - E_x. Прийняти до уваги напрямок (знак) Δx. Навести формулу розрахунку

E_x =

2. Переставити вимiрювальний електрод -“-“ до найближчого сусiдньго отвору по вертiкалi (x, y+Δy). Вимiряти рiзницю потенцiлiв Δφ_y = φ(x, y+Δy) - φ(x,y).

Розрахувати напруженнiсть електричного поля вздовж осi y – E_y. Прийняти до уваги напрямок (знак) Δy. Навести формулу розрахунку

E_y =

3. Обравши вiдповiдний (однаковий по осям x,y) масштаб побудувати вектори E_x i E_y. Побудувати сумарний вектор E= E_x+ E_y.

4. Навести формулу розрахунку величини |E| i напрямку α (угол з вiс’ю x) вектора напруженностi електричного поля

|E| =

α =

Приклади варiантiв конфiгурацiй електродiв

Дiполь моделi для нормального сердця “-” до лiвого; “+” до правого електродiв	Дiполь 10сМ вздовж осi Х “+” до лiвого; “-” до правого електродiв
Точка у центрi i коло на периметрi “+” до центру; “-” до зовнiшнього кола	Екранiровка поля центральної точки (два кiльця) “+” до точки; “-” до зовнiшнього кола
Конденсатор “+” до лiвого; “-” до правого електродiв	Конденсатор з непаралельними електродами “+” до лiвого; “-” до правого електродiв

Графiк лiнiй iзопотенцiалiв i напруженностi електричного поля

для наведеної конфiгурацiї електродiв