Опис експериментальної установки

Схема установки для моделювання електричного поля в розчині електроліту приведена на рис. 1. На дні ванни, яка виготовлена, з ізоляційного матеріалу нанесена координатна сітка. Металеві електроди А і В розташовані на кінцях ванни. Напруга на електроди подається від випрямляча ВС - 24М. Рухомим контактом потенціометра можна встановити різні значення потенціалу відносно електродів. Переміщувати зонд в електричному полі необхідно доти, поки гальванометр не установиться на нуль. Це вказує на те, що потенціали в точках L і N однакові.

Координати точки L знаходимо по координатній сітці ванни. При незмінному положенні рухомого контакту N переміщуємо зонд L навколо електродів і шукаємо нові точки з таким самим потенціалом. Змінюємо положення контакту N на потенціометрі так, щоб різниця потенціалів між сусідніми положеннями контакту, яка вимірюється вольтметром, була однакова. У результаті дістанемо набір еквіпотенціальних ліній для даної пари електродів.

Хід роботи

1. Встановіть в кювету пару електродів.

2. Залийте електроліт до кювети.

3. Зберіть електричну схему згідно рис. 1.

4. Поставте зонд-щуп на відстані 2 см від електрода В, і переміщуючи повзунок реостата добийтеся того, щоб гальванометр показав нуль.

5. Переміщуючи зонд перпендикулярно полю знайдіть 6-8 точок, які мають такий же потенціал.

6. Перенесіть одержані точки на план кювети, зроблений на міліметровому папері і проведіть еквіпотенціальну лінію, потенціал якої визначається показами вольтметра.

7. За допомогою потенціометра встановіть нове значення напруги і найдіть положення еквіпотенціальної лінії, якій відповідає потенціалзгідно з пунктом 5.

8. Побудуйте на міліметровому папері отриману серію еквіпотенціальних ліній.

9. Проведіть лінії напруженості поля перпендикулярно побудованим еквіпотенціальним лініям.

10. Помістіть до ванни металеве тіло між електродами і виконайте п.п. 4-9.

11. Дайте відповіді на контрольні питання.

Контрольні питання

1. Що таке електростатичне поле? Чим породжується електростатичне поле?

2. Назвіть основні характеристики електростатичного поля?

3. Що таке напруженість та потенціал електростатичного поля? Запишіть одиниці їх вимірювання?

4. Який зв’язок існує між напруженістю і потенціалом поля?

5. Що таке еквіпотенціальні лінії електростатичного поля? Як спрямовані силові лінії електростатичного поля відносно еквіпотенціальних ліній?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6

ВИЗНАЧЕННЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЇ СКЛАДОВОЇ

ІНДУКЦІЇ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛІ

Мета роботи: визначити експериментально модуль горизонтальної складової індукції магнітного поля Землі і сталу тангенс-гальванометра.

Прилади та обладнання: джерело постійного струму ВС-24М, тангенс-гальванометр, амперметр до 0,5 А, реостат, перемикач.

Теоретичні відомості

Земля представляє собою величезний магніт. Магнітні полюси Землі не співпадають з географічними. Південний полюс магнітного поля Землі знаходиться біля північних берегів Америки, приблизно 75° північної широти і 101° західної довготи, а північний полюс ― в Антарктиді (67° південної широти і 140° східної довготи).

Існування магнітного поля Землі безпосередньо підтверджується відхиленням магнітної стрілки при її вільному підвісі. При цьому вона встановлюється у напрямі дотичної до лінії індукції магнітного поля Землі. Значення індукції магнітного поля Землі невеликі і змінюються у межах від(на екваторі) до(поблизу магнітних полюсів).

Основними параметрами магнітного поля Землі є: магнітне нахилення (кут між напрямом вектора і площиною горизонту), магнітне схилення(кут між горизонтальною складовою вектораі площиною географічного меридіана) і горизонтальна складова індукції магнітного поля Землі(рис. 1).

Географічний меридіан ― це напрям, що визначає дійсне положення лінії південь-північ в даній місцевості. Магнітний меридіан ― уявна лінія на Земній поверхні, що співпадає з напрямом магнітного меридіану. У першому наближенні магнітне поле Землі можна уявити як поле однорідно намагніченої кулі. На магнітних полюсах магнітне нахилення дорівнює ±90°. Тому повна індукція і вертикальна складова магнітного поля мають однакові значення ― магнітна стрілка встановлюється у вертикальному напрямі. На магнітному екваторі повна індукціяі горизонтальна складовадорівнюють одна одній ― магнітна стрілка встановлюється в горизонтальному положенні.

Горизонтальну складову визначають з допомогою приладу, який називаєтьсятангенс-гальванометром. Він складається з колової рамки, розміщеної в площині магнітного меридіану. У центрі рамки на вертикальній осі розміщена магнітна стрілка, яка може вільно обертатися в горизонтальній площині. Магнітна стрілка повинна бути малою, щоб можна було вважати індукцію магнітного поля, яка діє на полюси стрілки, такою, що дорівнює індукції в центрі колового струму. Обертаючий момент стрілки створює тільки горизонтальна складова магнітного поля.

При проходженні струму через колову рамку створюється магнітне поле рамки. Вектор індукції магнітного поля рамки в її центрі О направлено перпендикулярно до площини рамки у напрямі її осі (рис. 2). Напрям ветора індукції в точці О можна визначити знаючи напрям струму у провіднику за допомогою правилом свердлика (або правила правого гвинта).

Згідно і законом Біо-Савара-Лапласа індукція магнітного поля в центрі колового струму (1), де деn - кількість витків у контурі, R – радіус витка.

При пропусканні струму через рамку магнітна стрілка зазнає діє зі сторони двох магнітних полів: магнітного поля Землі (горизонтальної складової, оскільки вертикальна складова зрівноважується реакцією осі стрілки) і магнітного поля струму з індукцією. Якщо контур рамки встановити в площині магнітного меридіану, то векторбуде орієнтований у площині контуру, а векторспрямований перпендикулярно до площини магнітного меридіану. Під дією полівімагнітна стрілка встановиться у напрямі результуючого поля під кутомдо напряму магнітного поля Землі (рис. 3).

Індукції магнітного поля іпов’язані співвідношенням(2). Із виразів 1 і 2 слідує, що (3).

Для зручності відліку кутів повороту магнітної стрілки, яка з’єднана з легким коловим алюмінієвим лімбом, і відлік по ньому ведеться з допомогою візира, установленого під кутом 90° до площини контуру.

Із (3) слідує, що (4).

Величина С називається сталою тангенс-гальванометру. Тоді (5).

Величина струму змінюється пропорційно тангенсу кута відхилення стрілки, тому прилад називається тангенс-гальванометром. Якщо = 45°, тоді(6). Отже,стала гальванометра чисельно дорівнює силі струму, при якому магнітна стрілка приладу повертається на кут 45°.