2.4. Контрольные вопросы

1) Каково назначение основных узлов электронного осциллографа?

2) Объяснить получение на экране осциллографа изображений исследуемых сигналов с помощью генератора развертки.

3) Как с помощью осциллографа измерить напряжение и частоту исследуемого переменного сигнала?

Лабораторная работа 3

Изучение ЭЛЕКТРИЧЕСКИх ПОЛей

Цель работы: найти и построить эквипотенциальные и силовые линии электрического поля между электродами произвольной формы.

3.1. Сведения из теории

Основными характеристиками электростатического поля являются напряженность и потенциал– силовая и энергетическая характеристики поля. Напряженность и потенциал связаны между собой соотношением:

= –grad  = – (). (3.1)

Знак «минус» в формуле (3.1) указывает на то, что вектор напряженности направлен в сторону убывания потенциала.

Графически электростатические поля изображаются силовыми линиями и эквипотенциальными поверхностями. Силовые линии – это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора , а густота силовых линий пропорциональна значению напряженности поля. Эквипотенциальные поверхности представляют собой геометрическое место точек равного потенциала. Пересекаясь с плоскостью чертежа, эквипотенциальные поверх-ности образуют эквипотенциальные линии, состоящие из точек равного потенциала. Достаточно найти положение эквипотенциальных линий, а затем, зная, что силовые линии поля перпендикулярны эквипотенциальным линиям, построить силовые линии и получить графическое изображение электростатического поля.

3.2. Описание лабораторной установки

Схема экспериментальной установки представлена на рис. 3.1.

В ванночку из пластмассы, заполненную слабо проводящей жидкостью (водой), помещают два металлических электрода произвольной формы. От звукового генератора (ЗГ) на электроды С и D подают переменное напряжение

частотой 1000 Гц. Для измерения потенциалов в различных точках проводящей среды берут два небольших проводника (зонда) в виде коротких металлических стержней, присоединенных к зажимам вольтметра (B). Один зонд заземляют или подсоединяют к любому электроду в ванне. Другой зонд помещают в разные точки проводящей среды и определяют последовательно координаты точек одинакового потенциала для построения эквипотенциальной линии. Перемещая зонд, аналогичным способом определяют координаты точек следующей эквипотенциальной линии с другим значением потенциала и т. д. Распределение эквипотенциальных линий в ванне будет зависеть от формы и взаимного расположения электродов.

7

8

Рис. 3.1. Схема установки для моделирования электростатического поля:

1 и 5 – электроды; 2 – цифровой вольтметр АВ1-07 или электронный

осциллограф; 3 – зонд; 4 – электролитическая ванна (кювета с водой);

6 – звуковой генератор ЗГ 1-07; 7 и 8 – дополнительные электроды

3.3. Порядок выполнения работы

1) Собрать электрическую цепь согласно схеме, приведенной на рис. 3.1, и подготовить к работе звуковой генератор и вольтметр или электронный осциллограф.

Подготовка звукового генератора:

переключатель звуковых частот «F» установить в положение № 4 и при помощи ручки плавной регулировки частоты подобрать частоту ~1000 Гц;

переключатель напряжения «U» установить в положение «max».

Подготовка вольтметра:

установить предел измерения 200 В (при этом положении переключателя происходит округление значения потенциала до десятых долей вольта);

переключатель режимов работы вольтметра установить в положение «~» (переменное напряжение).

Подготовка электронного осциллографа:

подключить зонд к любому из каналов ЭО, нажав соответственно кнопку «I» или «II» коммутатора;

генератор развертки выключить, нажав кнопку «→х»;

переключатель канала «V/ДЕЛ» поставить в положение «1»;

ручку плавной регулировки канала осторожно повернуть вправо до щелчка.

2) Включить в сеть звуковой генератор и вольтметр (осциллограф).

3) Коснуться зондом незаземленного электрода D и получить на индикаторе вольтметра значение максимального напряжения.

Если для измерения потенциала используется осциллограф, то необходимо получить на его экране вертикальную полоску. Регулятором напряжения звукового генератораустановить максимально возможную длину световой полоски l_y в пределах экрана (восемь делений). Рассчитать значение потенциала электрода А по формуле:

. (3.2)

Полученное значение записать в тетрадь.

4) Проверить потенциал заземленного электрода С, он должен быть равен нулю. Установка готова к работе.

5) В тетрадь или на миллиметровую бумагу формата А4 перечертить координатную сетку, изображенную на дне ванночки 4. (В тетради удобнее чертить координатную сетку в масштабе 1:2, так как на чертеже сторона клетки равна 1 см.)

6) Перемещая подвижный зонд 3, построить на координатной сетке эквипотенциальные линии (не менее шести линий). Для построения эквипотенциальной линии, перемещая подвижный электрод в ванне (удобнее перемещать по горизонтальным координатным линиям), необходимо найти точки с выбран-

ным одинаковым потенциалом, определить их координаты и нанести их на координатную сетку. Полученные точки равного потенциала (примерно 8  10 точек) соединить плавной линией между собой.

7) Указать на чертеже потенциал каждой линии.

8) Установить дополнительные электроды в положение, указанное преподавателем.

9) Повторить операции, описанные в п. 5  7, указав на чертеже положение дополнительных электродов.

10) Показать полученные чертежи преподавателю.

11) Силовые линии и эквипотенциальные линии взаимно перпендикулярны, исходя из этого, начертить не менее восьми силовых линий электрического поля между электродами, распределив их равномерно по всему чертежу.

12) Сделать вывод об однородности поля.