Описание лабораторной установки

Установка представляет собой прямоугольную ванну с электро­литом (водопроводной водой), в которую погружены два электрода и . На дно ванны нанесена координатная сетка. Один электрод представляет собой плоскую металлическую пластинку, другой – небольшое металлическое кольцо. Электроды присоединены к источнику постоянного напряжения универсального лабораторного стенда. Один из электродов через внешний вольтметр стенда связан с подвижным зондом , рисунок 4. Если подать на электроды постоянное напряжение, то между ними возникнет электрическое поле и вольтметр покажет разность потенциалов между электродом и точкой в ванне, в которую помещен зонд . Характеристики и параметры этого поля предстоит исследовать в данной работе.

Рисунок 4. Схема лабораторной установки

Задание на эксперимент

Задание № 1. Исследование электростатического поля между двумя заряженными электродами различной геометрической формы.

1. Заготовьте в тетради координатную сетку размерами 17 * 22 клетки. Обозначьте только внешнюю рамку, внутренние линии наносить не следует.

2. Зарисуйте положение металлических электродов ванны. Тщательно соблюдайте масштаб и конфигурацию электродов.

3. Проверьте лабораторный стенд: установите на всех измерительных приборах максимальные пределы измерения, регуляторы напряжения переведите в крайнее левое положение, все кнопки и переключатели установите в отключенное положение.

4. По указанию преподавателя подключите электролитическую ванну к лабораторному стенду и заполните её электролитом (водопроводной водой) так, чтобы электроды были залиты водой примерно на две трети высоты. Операцию выполняйте при выключенном напряжении! Зонд должен лежать на столе.

5. Установите пределы измерения приборов: для вольтметра – 10 В, для миллиамперметра – 2000 мА. Соберите нажатием кнопок электрическую схему установки. Кнопку подключения зонда оставьте отключенной.

6. Включите питание стенда и источник тока «24 В». Регулятором установите напряжение на электродах ванны 10 В. Подключите к электрической цепи зонд нажатием соответствующей кнопки – вольтметр должен показать нуль.

7. Опустите зонд в электролит и, перемещая его, убедитесь в нормальной работе вольтметра.

8. Установите зонд на нулевую горизонтальную линию дна ванны. Плавно перемещая зонд вдоль линии, найдите и отметьте на своем рисунке все точки, в которых показания вольтметра будут целочисленными.

9. Повторите операцию для каждой горизонтальной линии. Не забывайте подписывать рядом с каждой отмеченной точкой соответствующее ей значение потенциала.

10. Отключите питание электролитической ванны.

11. Зарисуйте эквипотенциальные линии исследуемого поля, соединяя между собой все точки с одинаковыми значениями потенциала.

12. Пользуясь свойством взаимного расположения силовых и эквипотенциальных линий, постройте на этом же рисунке силовые линии исследуемого электрического поля.

13. Пользуясь свойствами силовых линий, определите полярность электродов и обозначьте её на рисунке.

14. Вычислите по формуле (21) значение напряженности электрического поля в трех точках электролитической ванны. Точки должны быть расположены в различных местах ванны.

15. Сделайте выводы по проведенным наблюдениям.

Задание № 2. Исследование электростатического поля внутри металлического проводника и вокруг него.

1. Заготовьте в тетради координатную сетку размерами 17 * 22 клетки. Обозначьте только внешнюю рамку, внутренние линии наносить не следует.

2. Выполните операции, указанные в пунктах 2 .. 5 задания № 1.

3. Опустите в электролит металлический проводник (кольцо, рамку). Операцию выполняйте при выключенном напряжении питания!

4. Зарисуйте положение проводника на дне ванны, тщательно соблюдая форму и размеры проводника.

5. Включите питание стенда и источник тока «24 В». Регулятором установите напряжение на электродах ванны 10 В. Подключите к электрической цепи зонд нажатием соответствующей кнопки – вольтметр должен показать нуль.

6. Опустите зонд в электролит и, перемещая его, убедитесь в нормальной работе вольтметра.

7. Установите зонд на нулевую горизонтальную линию дна ванны. Плавно перемещая зонд вдоль линии, найдите и отметьте на своем рисунке все точки, в которых показания вольтметра будут целочисленными. Дойдя до металлической стенки проводника, «перепрыгните» через нее и продолжите исследование поля внутри проводника, а затем – снаружи вдоль этой же линии.

8. Повторите операцию для каждой горизонтальной линии. Не забывайте подписывать рядом с каждой отмеченной точкой соответствующее ей значение потенциала.

9. Отключите питание электролитической ванны. Приведите стенд в исходное состояние.

10. Зарисуйте эквипотенциальные линии исследуемого поля, соединяя между собой все точки с одинаковыми значениями потенциала.

11. Пользуясь свойством взаимного расположения силовых и эквипотенциальных линий, постройте на этом же рисунке силовые линии исследуемого электрического поля.

12. Пользуясь свойствами силовых линий, определите полярность электродов и обозначьте её на рисунке.

13. Вычислите по формуле (21) значение напряженности электрического поля в трех точках электролитической ванны. Точки должны быть расположены в различных местах ванны.

14. Сделайте выводы по проведенным наблюдениям.