Опис методу

Можна показати, що розподіл поля в непровідному середовищі (вакуум чи повітря) зберігається, якщо положення електродів не змінювати і простір між ними заповнити електролітом. Але дослідження електростатичного поля та його характеристик у провідному середовищі значно простіше, ніж у непровідному. У цьому випадку достатньо виміряти електричні потенціали точок поля, користуючись методом зонду (металевого щупа). Змінюючи потенціал на зонді, можна домогтися того, що сила струму через зонд буде дорівнювати нулю. Це відбувається тоді, коли потенціал в досліджуваній точці поля дорівнює потенціалу на зонді.

У цій роботі досліджується конфігурація електростатичного поля між двома плоскими електродами. Електроліт замінює зволожений папір.

Електрична схема установки для проведення експерименту показана на рис. 2. Плоска прямокутна пластина з діелектрику є основним елементом установки. На неї кладуть вологий аркуш паперу і щільно його притискають до електродів.

Від джерела постійного струму на електроди пластини безпосередньо, або через потенціометр подають напругу. При цьому між електродами виникає постійне електричне поле з відповідним розподілом потенціалу, який вимірюють методом зонду. Із схеми видно, що металевий зонд з'єднаний через гальванометр з середньою точкою потенціометру. Такий же потенціал можна знайти на папері між електродами. Переміщуючи вздовж пластини металевий зонд, знаходять таке його положення, при якому гальванометр покаже нуль. Тоді потенціал у даній точці пластини дорівнює потенціалу, що його показує вольтметр, тобто відповідна різниця потенціалів дорівнює нулю, і струм через гальванометр не протікає. Повторюючи цю операцію при інших положеннях рухомого контакту реостата, що відповідають різним потенціалам на зонді, можна визначити потенціали всіх точок на зволоженому папері.

Порядок виконання роботи

1. Зібрати електричну схему (рис. 2), покласти вологий папір на пластину.

2. За допомогою потенціометра, контролюючи напругу вольтметром, подати на зонд напругу 1В. За допомогою зонду знайти точку на папері, в якій потенціал дорівнює 1В (при цьому гальванометр покаже нуль), позначити цю точку. Змінюючи положення зонду поперек аркушу паперу, знайти інші точки, в яких потенціал також дорівнює 1В. З'єднавши всі точки з однаковим потенціалом 1В лінією, одержимо еквіпотенціальну криву. Контури електроду також є лініями рівного потенціалу.

3. Аналогічним методом знайти точки з потенціалом 2В, 3В, 4В і так далі в межах досліджуваного поля. Для цих потенціалів побудувати еквіпотенціальні лінії.

Рис. 2.

4. Побудувати лінії напруженості електростатичного поля (силові лінії) від одного електрода до другого, використовуючи одержані еквіпотенціальні лінії.

5. За вказівкою викладача обчислити середню напруженість електростатичного поля у двох-трьох точках, використовуючи формулу , деl – відстань між двома сусідніми еквіпотенціальними лініями (див. рис. 1).

Питання для самоперевірки

1. Що називається електричним полем ? У чому полягає основна властивість електричного поля ?

2. Дати визначення напруженості електростатичного поля.

3. Записати і сформулювати принцип суперпозиції електростатичних полів.

4. Що називається потенціалом електростатичного поля ? Записати формулу, що показує зв’язок напруженості та потенціалу електростатичного поля.

5. Дати визначення графічним характеристикам електростатичного поля.

6. Що називається еквіпотенціальною лінією ?

7. Який напрям має вектор градієнта потенціалу ?

8. Пояснити, як в лабораторній роботі визначається потенціал даної точки електростатичного поля.

9. Як в лабораторній роботі розраховується значення і визначається напрям вектора напруженості електростатичного поля ?

10. Яким чином у лабораторній роботі визначається знак зарядів на кожному з двох електродів ?