lr2 / 301

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №301

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ВАННЫ

1. Цель работы: изучение электростатического поля и его характеристик.

2. Теоретические основы.

Электростатические поля можно исследовать экспериментально методом моделирования. Электростатическое поле системы заряженных тел моделируется полем в однородной проводящей среде – электролите, заполняющем пространство между металлическими электродами, помещенными в ванну. Если между электродами данной конфигурации, помещенными в электролитическую ванну, поддерживать постоянную разность потенциалов, то в электролите установится постоянный ток. Силовые линии поля совпадают с линиями тока, что следует из закона Ома в дифференциальной форме

.

Электрическое поле в этом случае, в силу однородности электролита, будет по форме такой же, как электрическое поле между электродами до их погружения в электролит. На этом основан метод исследования электростатических полей, получивший название метода электролитической ванны.

3. Экспериментальная часть.

   1. Краткое описание экспериментальной установки и оборудования.

Принципиальная схема установки показана на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема установки.

1 – электролитическая ванна с нанесенной координатной сеткой; 2 и 3 – металлические электроды; 4 – вольтметр; 5 – измерительный зонд; 6 – блок питания.

Подвижный измерительный зонд 5, подключенный к вольтметру 4 с большим входным сопротивлением, должен иметь малые размеры, чтобы не искажать геометрию электростатического поля.

На дно ванны нанесена масштабно-координатная сетка.

3.2. Методика проведения эксперимента.

Экспериментальное построение эквипотенциальных поверхностей (линий) и силовых линий электростатического поля.

1. Поместить в ванну металлические электроды, расположив их симметрично относительно оси, параллельной оси Х и проходящей через центры электродов.

2. На координатной сетке ванны, отобразить положение электродов 2 и 3.

3. Включить блок питания и установить напряжение U между электродами 2 и 3.

4. Поместить зонд 5 вблизи электрода 2 и найти точки линии, для которой показания вольтметра были бы одинаковы. Найденные координаты точек этой линии нанести на план ванны.

5. Сместить положение зонда на линию, потенциал которой на отличается от предыдущего. При этом выбираем так, чтобы на расстоянии между электродами оказалось не менее 5-7 линий с одинаковым приращением от линии к линии.

6. Координаты этих линий перенести на план ванны. Около каждой линии отметить величину потенциала.

7. Построить на плане ванны силовые линии напряженности электростатического поля, учитывая ортогональность расположения их относительно эквипотенциальных линий.

3.3. Обработка результатов эксперимента.

1. Построить график зависимости φ от х для центральной силовой линии, параллельной оси X. Для этого необходимо воспользоваться результатами построения эквипотенциальных линий на плане ванны.

2. Построить под графиком график напряженности так, чтобы ось OX для этих графиков была общей.

Расчет величины Е проводится по формуле , связывающей потенциал и напряженность электростатического поля. Значение в интервале , на котором потенциал изменяется на величину , относится к сердцевине каждого интервала .

Координатная сетка дна электролитической ванны

28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30	32	34	36	38	40

, В

Графики

x, м

Е, В/м