Описание установки и метод измерения
В ванну, изготовленную из материала с хорошими электроизоляционными свойствами, помещают металлические электроды, поле между которыми исследуют. Ванна заполнена жидким электролитом, проводимость которого мала по сравнению с проводимостью металла.
На
электроды подается напряжение
с клемм понижающего трансформатора.
Рис. 3
С
помощью внесенного в произвольную точку
исследуемого поля зонда
определяют значения разности потенциалов
между
и выбранной точкой поля
(рис. 3).Затем, перемещая зонд, отыскивают
совокупность точек поля
с
одинаковыми потенциалами.
Совокупность
точек
лежит на одной эквипотенциальной
поверхности. Считая
,
показания вольтметра принимаем за
значения потенциала исследуемой
поверхности.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Задание 1.
Установить в электролитической ванне заданную систему электродов.
Включить установку, погреть вольтметр.
Измерить потенциалы в заданных полях вблизи электродов
и
.
В каждом поле выбрать в интервале
шесть равностоящих значений потенциала,
равных
,
.Найти для каждого значения семейство не менее восьми точек, лежащих на соответствующей эквипотенциальной поверхности.
Примечание:
координаты точек поля наблюдать по
координатной сетке, вмонтированной в
дно ванны. Перенести в тетрадь координатную
сетку. Поставить на ней все точки
,
которые для каждого значения
соединить плавной линией.
Провести измерения для следующих полей:
а) поле двух разноименных точечных зарядов;
б) поле системы точечный заряд – заряженная плоскость;
в) поле плоского конденсатора.
По полученным эквипотенциальным поверхностям построить систему силовых линий электрического поля.
Задание 2.
Установить в зажимах ванны систему электродов, имитирующих поле цилиндрического конденсатора.
Снять зависимость потенциала от расстояния
от оси электродов в точках
= 2 см, 3 см, 4 см, 5 см, 6 см, 7 см, 8 см, 9 см, 10
см.Результаты измерений занести в табл. 1.
Таблица 1
, см |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Построить график зависимостей
;
.Вывести теоретическую зависимость потенциала от расстояния для поля цилиндрического конденсатора. Для вывода воспользоваться теоремой Гаусса и связью напряженности и потенциала.
Сравнить результат экспериментального и теоретического исследования. Из проведенного сравнения сделать вывод.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Дайте определение понятия «электростатического поле».
Укажите основные характеристики электростатического поля.
Напишите выражение для нахождения напряженности и потенциала поля точечного заряда.
Что называют силовой линией электростатического поля?
Могут ли пересекаться силовые линии электростатического поля?
Сформулируйте теорему Гаусса в электростатике.
Как использовать теорему Гаусса для расчета полей:
а) плоского конденсатора?
б) цилиндрического конденсатора?
Какое поле называется однородным полем?
Как, зная зависимость
,
найти функцию
?Как, зная функцию , найти зависимость ?
Докажите, что силовые линии электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Объясните необходимость применения в схеме измерений высокоомного вольтметра.
ЛИТЕРАТУРА
Савельев И.В. Т. 2, гл.1.
Зисман Г.А., Тодес О.М. Т.2, §1-3, 5-8.