Порядок виконання роботи

1. Закрити трубку Б (див. рис. 1) і повільно нагнітати повітря в балон, доки різниця рівнів рідини в манометрі не стане рівною 20-30 см.

2. Виміряти значення різниці рівнів рідини H в манометрі.

3. Відкрити трубку Б, випустити з балона надлишок повітря і знов закрити. Проміжок часу з моменту відкриття до моменту закриття дорівнює 1-2 с.

4. При закритій трубці Б чекати 2-3 хв. і виміряти нове значення різниці рівнів рідини h у манометрі.

Якщо різниця рівнів рідини в манометрі при вимірах постійно зменшується, то потрібно вжити заходи для забезпечення герметичності системи. Простіше – закрити (перетиснути) трубку А, щоб запобігти натіканню повітря через клапан насосу.

5. Експеримент повторити не менш як 5 разів, зберігаючи одне й те саме значення H та вимірюючи кожен раз значення h.

Результати вимірів записати в таблицю 1.

Таблиця 1

Результати вимірів та вихідні дані

для розрахунку похибок вимірювання

H = ..... , прийнята довірча імовірність  = ..... , коефіцієнт Стьюдента t_, = ..... , коефіцієнт Стьюдента t_,5 = .....

Номер досліду	hi, см	hi, см	(hi)2, см2
1	.....	.....	.....
2	.....	.....	.....
3
4	...	...	...
5	.....	.....	.....
	....	-	.....

_H = ..... , _H = ..... , _h = ....., _h = .....

Обчислення середніх значень

1. Обчислити середнє значення <h>, результат внести в табл.1.

2. За результатами вимірювання H та середнім значенням <h> визначити експериментальне значення величини <>.

3. Вважаючи повітря "в середньому" двоатомним газом, прийняти

i = 5. Обчислити теоретичне значення величини .

Обчислення похибок прямих вимірювань

1. Вихідні дані для обчислення похибок вимірювання внести в табл.1.

2. Обчислити похибки прямих вимірювань H та h, враховуючи випадкову похибку, інструментальну похибку та похибку відліку.

Обчислення похибки непрямого вимірювання

Обчислимо похибку непрямого вимірювання . Для цього:

1. Виводимо формулу для розрахунку відносної похибки вимірю-вання :

а) записуємо функціональну залежність величини ,

б) логарифмуємо цей вираз ,

в) знаходимо часткові похідні

та ,

г) записуємо формулу для відносної похибки

=

2. Оскільки , то похибка вимірювання

.

Запис результатів вимірювання.

Записати результат вимірювання  та зробити висновок про його відповідність теоретичному значенню.

Лабораторна робота № 5 дослідження електростатичного поля

Мета роботи: експериментально дослідити конфігурацію електростатичного поля між металевими електродами.

Прилади та обладнання: джерело постійної напруги, пластина з електродами, вольтметр, гальванометр, потенціометр, металевий зонд, перемикач, з’єднувальні провідники, папір.

.

Теоретичні відомості

Нерухомий заряд створює в навколишньому просторі електростатичне поле, яке проявляється за силовою дією на вміщений у будь-яку точку поля інший заряд.

Електростатичне поле має дві характеристики – силову та енергетичну. Кількісна силова характеристика називається напруженістю . Ця величина векторна і в даній точці поля чисельно дорівнює силі, яка діє з боку поля на одиничний позитивний заряд q₀, внесений в дану точку поля:

. (1)

Електростатичне поле зручно зображувати у вигляді силових ліній. Густота силових ліній характеризує числове значення напруженості , а дотичні до них у кожній точці збігаються з напрямком вектора напруженості.

Силові лінії починаються на додатних зарядах і закінчуються на від’ємних, вони ніде не перетинаються, тому що в кожній точці поля вектор має лише один напрямок.

Енергетичною характеристикою електростатичного поля є потенціал. Ця величина чисельно дорівнює роботі A, яку виконують сили поля при перенесенні одиничного додатного точкового заряду із даної точки поля в нескінченість:

. (2)

Різниця потенціалів (напруга) між двома точками поля визначається роботою по перенесенню одиничного точкового додатного заряду з однієї точки простору в іншу:

. (3)

Геометричне місце точок з однаковим потенціалом називається еквіпотенціальною поверхнею. Лінії напруженості в кожній точці ортогональні до еквіпотенціальних поверхонь. Дійсно, при переміщенні заряду вздовж еквіпотенціальної поверхні робота, яка згідно (3) визначає різницю потенціалів двох точок поля, дорівнює нулю (потенціал не змінюється). З іншого боку за визначенням A = Flcos = 0. Тут переміщення l відбувається вздовж еквіпотенціальної поверхні, а сила спрямована вздовж силової лінії. Обидві ці величини не дорівнюють нулю, таким чином, cos = 0 і відповідно  = 90⁰.

Зв'язок між напруженістю поля та потенціалом виражається співвідношенням , де є оператор "градієнт", що пов’язує скалярну величину – потенціал з векторною величиною – напруженість електричного поля. Знак "–" вказує на те, що вектор напруженості поля спрямований в бік зменшення потенціалу.

На рис.1 зображений переріз площиною рисунка картини розподілу еквіпотенціальних поверхонь і силових ліній для електростатичного поля двох протилежно заряджених кульок. У цьому випадку за напрямок зміни потенціалу вибираємо напрямок силової лінії, тому .

Рис. 1