Описание аппаратуры и порядок выполнения работы Прибор для исследований состоит из четырехугольной ванны, на дне которой помещена координатная сетка и два электрода э.

Ванна на 3 - 4 мм заполняется слегка подсоленной водой. Вода имеет незначительную проводимость по сравнению с металлическими электродами, поэтому поверхность электродов Э можно считать поверхностью равного потенциала.

Для определения точек равного потенциала применяют щуп, выполненный в виде иглы. Щуп соединен через нульгальванометр с вольтметром. Равенство нулю показаний нульгальванометра означает, что щуп находится на эквипотенциальной линии. При этом потенциал линии равен значению, которое показывает вольтметр.

Построение и изучение картины электростатического поля проводится следующим образом:

1. Предварительно заготовьте один двойной тетрадный лист, линованный в клетку, который и будет Вашим протоколом выполнения лабораторной работы. На лист нанесите координатную сетку и положение электродов Э₁ и Э₂, как это имеет место в ванночке прибора.

2. После проверки схемы преподавателем или лаборантом включите источник напряжения; установите движком реостата заданное преподавателем показание вольтметра .

3. Перемещая щуп по осевой линии, соединяющей центры электродов, найдите такую точку, где стрелка гальванометра стоит на нуле. На координатной сетке отметьте эту точку. Ей соответствует значение потенциала .

4. Опустите щуп вниз от этой точки на 5-10 мм. Перемещайте его по линии, параллельной осевой, до тех пор, пока стрелка гальванометра вновь установится на нуле. Это будет вторая точка с тем же потенциалом и т.д.

5. Повторяя пункт 4, найдите все возможные точки равного (одинакового) потенциала вокруг электрода Э₁.

6. По полученным точкам постройте плавную кривую, которая и будет эквипотенциальной линией с потенциалом , проведите к ним силовые линии (рис. 3).

7. Установите движком реостата показание вольтметра и повторите опыт, находя вторую эквипотенциальную линию, потенциал которой задается преподавателем. Повторите опыты 3-6 для других значений потенциалов.

8. Зная, что силовые линии нормальны к эквипотенциальным линиям, укажите примерное расположение силовых линий.

Контрольные вопросы

1. Какие существуют электрические заряды?

2. Напишите закон Кулона.

3. Что называется электростатическим полем?

4. Дайте определение основным характеристикам электростатического поля: напряжённости и потенциала.

5. В чём состоит принцип суперпозиции?

6. Что такое эквипотенциальные поверхности?

7. Чему равна работа по перемещению заряда в электростатическом поле?

Лабораторная работа № 12 Определение ёмкости конденсаторов Краткая теория.

Для уединённого проводника заряд, сообщённый ему, пропорционален его потенциалу:

(1)

Коэффициент пропорциональности С между U и q есть величина, характерная для каждого проводника при данных внешних условиях, называемая его электроёмкостью. Из (1) следует

(2)

т.е. электроёмкость численно равна заряду, увеличивающему потенциал проводника на единицу.

В системе СИ за единицу ёмкости принимается ёмкость такого проводника, у которого при изменении заряда на 1Кл потенциал изменяется на 1В. Эта единица называется «фарад» и обозначается ф.

Из теории электростатического поля известно, что потенциал заряженного шара радиуса R, погруженного в однородный диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ,равен

(3)

Сравнивая (1) и (3), получим, что ёмкость уединённого шара равна:

(4)

Фарад очень большая величина. Поэтому на практике пользуются единицами, равными долям фарада: миллифарадом (), микрофарадом (), нанофарадом (), пикофарадом ().