Описание экспериментальной установки

Д ля моделирования плоскопараллельных электрических полей используется блок моделирования (БМП). Общий вид блока с установленным на нём планшетом показан на рис. 6.

На гнёзда +U_пит и –U_пит подаётся питание от регулируемого источника напряжения 0…15 В, которое подводится проводами с нижней стороны планшета к медным электродам. Поверхность планшета покрыта проводящей краской и в ней возникает ток. Эквипотенциальные линии поля постоянного тока снимаются по точкам с помощью вольтметра и переносятся на бумагу. Они аналогичны эквипотенциальным линиям электростатического поля, создаваемого заряженными протяжёнными проводниками.

БМП содержит несколько сменных планшетов с различной конфигурацией электродов. Один из них показан на рис. 6.

Порядок выполнения эксперимента

1. Установите на блок моделирования полей один из планшетов (1, 2, 3 или 4) и подключите питание и мультиметр в режиме вольтметра как показано на рис. 7.

2. Приготовьте рисунок расположения электродов с координатной сеткой (см. Приложение).

3. Включите источник питания и установите напряжение U = 10…15 В (по указанию преподавателя).

4. Убедитесь, что один из электродов имеет потенциал, равный нулю, а другой – потенциал, равный напряжению источника питания.

5. Перемещая зонд от электрода, имеющего нулевой потенциал, по оси симметрии к другому электроду, найдите точки с потенциалами 1В, 2В, 3В … Найденные точки отмечайте на приготовленном рисунке с координатной сеткой.

6. Перемещая зонд из точки с потенциалом 1В вокруг электрода (слегка приближаясь или удаляясь от него), находите точки равного потенциала и отмечайте их на рисунке. Точки равного потенциала соедините плавной кривой. Аналогично постройте другие эквипотенциальные линии.

Примечание: В каждом варианте проводящего листа имеются одна или две оси симметрии, поэтому можно ограничиться исследованием половины или четверти проводящей области листа.

7. Пользуясь правилами графического построения картины поля, по эквипотенциальным линиям электростатического поля постройте силовые линии напряжённости поля.

8. На полученной геометрической картине электростатического поля выбрать одну силовую линию, и для этой линии построить график изменения потенциала в зависимости от расстояния Х по силовой линии.

9. Вычислите напряженность электрического поля в двух - трёх точках проводящего листа ( ) и покажите направление вектора напряженности в этих точках на рисунке.

Приложение: Координатные сетки для оформления отчетов по моделированию полей

Планшет №1

Планшет № 2

Планшет №3

Планшет № 4

Контрольные вопросы

1. Перечислите и поясните основные свойства электрического заряда. Сформулируйте закон Кулона и укажите область его применимости.

2. Поясните смысл и свойства величин, характеризующих электрическое поле. Укажите связь между напряжённостью и потенциалом.

3. Запишите принцип суперпозиции полей для напряжённости и потенциала.

4. Нарисуйте линии напряжённости и эквипотенциальные поверхности поля, создаваемого двумя равными по модулю разноимёнными и одноимёнными точечными зарядами.

5. Оцените величину силы, действующей на электрон, помещённый в некоторую точку исследуемого поля.

6. Рассчитай работу по перемещению электрона между двумя точками в исследуемом поле (точки выбираются произвольно.).