4.21 Контрольні запитання

1.21 Які прилади називаються електровимірювальними? За якими ознака­ми вони поділяються на різні типи?

2.21 Як побудовані електровимірювальні прилади магнітоелектричної систе­ми? Який принцип дії цих приладів?

3.21 Яка будова і принцип дії приладів електромагнітної системи?

4.21 Основні характеристики електровимірювальних приладів. За допомогою яких співвідношень вони визначаються?

5.21 Яку величину називають класом точності приладу? Як за допомогою класу точності визначити абсолютну похибку вимірювання?

6.21 Яке призначення амперметру? Як амперметр вмикається в електричне коло? Який порядок величини внутрішнього опору амперметрів?

7.21 Яке призначення вольтметру? Як вольтметр вмикається в електричне коло? який порядок величини його внутрішнього опору?

8.21 Які величини називають коефіцієнтом шунтування і коефіцієнтом розширення меж вимірювання за допомогою вольтметру? Виведіть формули (1.1-II) і (2.1-II).

9.21 Які позначення наносяться на шкалу електровимірювальних приладів?

10.21 Яку величину називають ціною поділки і як її визначають?

11.21 За якими формулами в даній роботі обчислюється величина невідомого опору і надійний (довірчий) інтервал похибки?

12.21 Сформулюйте закон Ома для замкненого електричного кола, однорідної і неоднорідної ділянок кола?

13.21 Що називається електричним опором провідника? Від чого залежить ця фізична величина? Які її одиниці вимірювання?

14.21 Що називається спадом напруги? Як визначається ця величина? Які її одиниці вимірювання?

5.21 Література

1.21 Кучерук І.М., Горбачук І.Т.. Загальна фізика. Електрика та магнетизм.- К.: Вища школа. 1990.

2.21 Детлаф А.А., Яворский Б.М., Милковская Л.Б..Курс общей физики. Т.1.2.3. - М.: Высшая школа, 1987.

3.21 Трофимова Т.И. Курс физики.М.:1983.

4.21 Савельев И.Н. Курс физики. Т 1-3.М.:1982.

5.21 Клименко А.П. та інш. Методичні вказівки №№1-9 до лабораторних рабіт.

6.21 Потапов А.О., Мотіна А.І. методичні вказівки по використанню MCAD для опрацювання результатів лабораторних робіт фізпрактикума. К.:КНУТД. -2005. 112с.

Лабораторна робота № 22. Вивчення електричного поля

Мета роботи: вивчення однорідного електричного поля (поля плоского конденсатора); вивчення електростатичного поля двох точкових зарядів.

1.22 Теоретичні відомості

Оскільки електричні заряди взаємодіють через простір – безконтактно, то матеріальний носій (субстанцію) взаємодії в цьому просторі назвали силовим електричним полем. Тобто кожен електричний заряд створює навколо себе це електричне поле, за посередництвом якого він взаємодіє з іншими зарядами. Іншими словами: простір де діють електричні сили це і є електричне силове поле. Силовою характеристикою кожної точки електричного поля є напруженість , яка визначається величиною сили F , що діє з боку поля на заряд q, котрий знаходиться в електричному полі.

Робота А по переміщенню одиничного точкового додатнього заряду q з однієї точки х₁ електричного поля в другу х₂ вздовж, скажемо, осі за умови, що точки розміщені нескінченно близько одна до одної і , дорівнює . Та ж робота чисельно дорівнює зміні енергії електричного поля А = -ΔП, тому можна ввести енергетичну характеристику поля – потенціал, а зміна потенціалу буде визначатися . Прирівнявши обидва вирази, можна записати

,

(1.22)

де символ частинної похідної підкреслює, що диференціювання відбувається тільки по .

З фізичної точки зору вираз (1.22) означає знаходження величини зміни потенціалу (скалярної величини) по заданому (ох) напрямку. З математичної точки зору вираз (1.22) означає застосування векторного оператора до скалярної функції ( - одиничний вектор по напрямку ох), або добуток одиничного вектора та диференційного оператора.

Оскільки напруженість електричного поля – величина векторна, яка характеризує і величину сили взаємодії і її напрямок, для геометричної інтерпретації електричного поля вводиться поняття «силова лінія» електричного поля – лінія в просторі, вздовж якої (по дотичній) діє електрична сила (вектор напруженості електричного поля). Тобто вздовж «силової лінії» величина напруженості електричного поля є постійною.

Для графічного зображення розподілу потенціалу електростатичного поля користуються еквіпотенціальними поверхнями (лініями) - поверхнями, в усіх точках яких потенціал має однакове значення.

Якщо поле створюється точковим зарядом, його потенціал

,

де - точковий заряд; - електрична стала; - діелектрична проникність середовища; - відстань від заряду до розглядуваної точки.

Таким чином, еквіпотенціальні поверхні точкового заряду - концентричні сфери. З іншого боку силові лінії напруженості у випадку точкового заряду - радіальні прямі. Звідси випливає, що силові лінії напруженості поля перпендикулярні до еквіпотенціальних поверхонь. Аналогічний висновок випливає з властивостей векторного добутку (1.22).

Аналіз більш загальних випадків підтверджує те, що лінії напруженості завжди нормальні до еквіпотенціальних поверхонь. Еквіпотенціальних поверхонь навколо кожної системи зарядів можна провести безліч. Однак їх, як правило, проводять так, щоб різниця потенціалів між будь-якими двома сусідніми еквіпотенціальними поверхнями була однакова. В цьому випадку густина еквіпотенціальних поверхонь наглядно характеризує напруженість поля в різних точках.

Вивчення електростатичного поля, створеного системою електродів довільної форми, має велике значення для конструювання електронних ламп, електродів електронно-променевих трубок, фокусуючих систем електронних мікроскопів і т.п.

Розрахункові й експериментальні методи дослідження електростатичного поля, локалізованого між електродами складної форми, становить значні труднощі. Тому широко використовується моделювання електростатичного поля за допомогою електролітичних ванн, заповнених слабким розчином електроліту, в який занурені електроди досліджуваної форми. При підключенні електродів до джерела струму, в електроліті створюється розподіл потенціалу, подібний до картини електростатичного поля. На моделі за допомогою гальванометра можна визначити потенціал кожної точки, оскільки електричний струм існує тільки при наявності електричного поля, а сила струму пропорційна величині напруженості поля, що дає можливість побудувати еквіпотенціальні поверхні, а далі і силові лінії, напрям яких збігається з напрямом ліній струму.

Схема, за допомогою якої можна досліджувати електростатичне поле, що створене системою плоских електродів, зображена на Рис 1.22.

У ванні 1, заповненій водою, розміщені електроди 2. Розподіл потенціалу між електродами визначають за допомогою індикаторного приладу 5, з'єднаного однією клемою із зондом 4. Друга клема з'єднана з потенціометром R₁ – R₂ . Переміщуючи зонд 4 у електролітичній ванні, за величиною сили струму через індикаторний прилад 5 можна оцінити величину різниці потенціалів Δ між точками знаходження зонду і з'єднання опорів потенціометру R₁ – R₂. Очевидно точки в міжелектродному просторі, у яких покази індикаторного приладу 5 однакові, то є точки рівних потенціалів, а лінія що з'єднуватиме ці точки – лінія рівних потенціалів.

Таким чином, фіксуючи координати ліній рівних потенціалів можна отримати серію еквіпотенціальних ліній для даної конфігурації міжелектродного простору.

Якщо допустима невисока точність вимірювань, то замість гальванометра іноді використовують мікроамперметр, або вольтметр. Потенціал одного з контактів приймають за нуль і відносно нього вимірюють розподіл потенціалу у ванні. Якщо використовується мікроамперметр, то потенціал зонду відносно нуля визначається за формулою

,

2.22

де - струм, який показує міліамперметр; - внутрішній опір мікроамперметру.

На дні ванни розміщена міліметрова координатна сітка, використовуючи яку, можна перенести результати розподілу потенціалів у ванні в лабораторний зошит.