Тема: Моделирование электрических полей с помощью электролитической ванны

Лабораторная работа № 5

Тема: Моделирование электрических полей с помощью электролитической ванны

Цель работы:  изучение электростатического поля заряженных тел различной конфигурации, построение эквипотенциальных поверхностей для заданной конфигурации и расположения электродов, построение семейства силовых линий напряженности.

Оборудование: источник переменного напряжения 30 В, потенциометр, ламповый вольтметр, микроамперметр, электролитическая ванна с координатной сеткой, зонд, набор электродов, лист миллиметровой бумаги.

 Метод измерения и описание установки:

Экспериментальное исследование картины электростатического поля в этой работе осуществляется с помощью установки, схематически изображенной на рис. 1.

Рис. 1

В электролитическую ванну, заполненную раствором слабого электролита (роль электролита в работе играет водопроводная вода), помещаем металлические модели электродов А и В, картину поля которых необходимо изучить. На электроды подается переменное напряжение, чтобы исключить эффекты электролиза и искажения картины поля, возникающие при этом.

В измерительную часть схемы входят: измерительный зонд, подельник напряжения, вольтметр, показывающий потенциал на зонде, и гальванометр, регистрирующий ток. Зонд представляет собой металлический проводник без изоляции, размеры которого значительно меньше размеры электродов. Зонд вносится в исследуемую точку поля.

Если потенциал зонда, устанавливается делителем напряжения, не совпадает с потенциалом исследуемого поля, то гальванометр покажет ток, отличный от нуля.

Перемещая зонд по координатной сетке плоскости электролитической ванны, можно найти точки с потенциалом, совпадает с потенциалом зонда. Ток через гальванометр при этом равен нулю.

Соединяя плавной кривой точки с одинаковыми потенциалами, нанесенными на координатную сетку (лист миллиметровой бумаги) получим картину эквипотенциальных линий, является пересечением дна электролитической ванны и эквипотенциальных поверхностей исследуемой модели электродов.

Учитывая то, что силовые линии в каждой точке поля перпендикулярны эквипотенциальных поверхностей, можно построить картину поля с помощью силовых линий (линий напряженности). Для этого выберем произвольно на одном из электродов точку (например, А). Проведем через эту точку касательной к металлической поверхности электрода (любая металлическая поверхность является эквипотенциальной). Установим перпендикуляр к касательной в этой точке и продолжим до пересечения с последующей эквипотенциальной линии (точка В). Проводя аналогичные геометрические построения в других точках эквипотенциальных линий, находим направление линий напряженности (силовых линий).

Среднее значение напряженности электрического поля <E> можно определить, используя уравнения (5). Для этого надо измерить расстояние между точками с потенциалами j_A и j_У,  j_В и j_С и т.п., а разность потенциалов легко определить из полученной картины поля.

Указания к выполнению работы:

1. Присоединить электроды и зонд к клеммам, расположенным на лабораторном столе (конфигурацию электродов и их расположение указывает преподаватель).

2. Перенести форму, размеры и расположение электродов из лабораторного макета на лист миллиметровой бумаги в полном соответствии с макетом.

3. Включить катодный вольтметр и установку.

4. Установить с помощью потенциометра R потенциал зонда.

5. Определить координаты точек с одинаковыми потенциалами, перемещая зонд.

6. Нанести координаты точек с одинаковыми потенциалами, перемещая зонд и нанести их на лист.

7. Повторить действия, указанные в п. 4 - 5, для других значений потенциала, согласованных с преподавателем.

8. Соединить плавно точки с одинаковыми потенциалами эквипотенциальными линиями.

9. Построить картину электрического поля с помощью силовых линий поля.

10. Рассчитать среднюю напряженность поля Е в некоторых точках по согласованию с преподавателем.

Контрольные вопросы:

1. Что называется потенциалом (единицы измерения в системе СИ)?

2. Дать определение напряженности электрического поля (единицы измерения в системе СИ).

3. Установить связь между напряженностью поля и потенциалом.

Скачано с www.znanio.ru