Порядок выполнения экспериментов

АКАДЕМИЯ ГРАЖДАНСКОЙ ЗАЩИТЫ

КАФЕДРА ФИЗИКИ

Дисциплина: физика

Лабораторная работа № 1 ( 5.4) Моделирование электрических полей зондовым методом на электропроводящем стекле	Выполнил курсант (студент)
	уч. группы		Фамилия, И.О.

	Дата	Отметка и подпись	Ф.И.О. преподавателя
Отметка о допуске
Отметка о выполнении
Отметка о защите

Цель работы

Моделирование и экспериментальное исследование пространственного распределения электростатического поля между двумя заряженными проводниками.

Оборудование

Электропроводяще стекло с закрепленными на нем двумя электродами, источник постоянного напряжения 10 В; вольтметр; небольшой металлический стержень – зонд.

Описание установки и методика проведения эксперимента

Чтобы иметь представление о пространственном распределении электростатического поля, его изображают графически с помощью силовых и эквипотенциальных линий.

Силовые линии строятся по следующим правилам:

– силовая линия проводится в пространстве так, что касательная в любой ее точке совпадает с вектором напряженности в этой точке, причем силовая линия в данной точке имеет направление, совпадающее с вектором напряженности (рис. 1);

силовая линия

Рис. 1. Представление силовой линии электрического поля

– силовые линии электростатического поля незамкнуты. Они начинаются на положительных зарядах или на бесконечности и заканчиваются на отрицательных зарядах или на бесконечности;

– силовые линии проводят так, чтобы их густота, то есть число линий, пронизывающих единичную площадку поверхности, расположенную к ним перпендикулярно, была пропорциональна величине напряженности поля в данном месте.

Потенциал электрического поля представляет собой функцию, непрерывно меняющуюся от точки к точке. Однако во всяком поле можно выделить непрерывную совокупность точек, потенциалы которых одинаковы.

Эквипотенциальная поверхность – это поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал.

Сечение такой поверхности плоскостью образует эквипотенциальную линию.

Эквипотенциальная линия – это линия, все точки которой имеют одинаковый потенциал.

Силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям (линиям).

Исследование электростатического поля представляет ряд экспериментальных трудностей и является очень сложной экспериментальной задачей. Это связано, в основном, с проблемой создания и использования специального электростатического зонда, способного в непроводящей среде давать правильные значения потенциала. Кроме того, для измерения потенциала в этом случае требуется сложная в настройке электростатическая аппаратура. Также необходимо исключить изменения во время измерений зарядов, порождающих исследуемое поле, из-за нейтрализации их ионами, находящимися в воздухе.

Сложности электростатических измерений привели к разработке особого метода изучения электростатических полей путем искусственного воспроизведения их структуры в проводящих средах, по которым пропускается постоянный ток. Оказывается, что при некоторых условиях распределение потенциалов в среде, по которой течет ток между установленными в ней электродами, может быть сделано тождественным с распределением потенциалов между теми же электродами, когда между ними имеется электростатическое поле в вакууме или в однородном диэлектрике. Измерения же распределения потенциалов в проводящей среде экспериментально осуществить значительно проще, так как в качестве зонда можно использовать металлический проводник, который подключают к обычному измерителю тока.

Необходимыми условиями применения метода являются:

– слабая проводимость среды по отношению к проводимости вещества, из которого сделаны электроды и зонд, так как только тогда поверхности электродов и зонда можно считать эквипотенциальными;

– большое сопротивление электрической цепи зонда по сравнению с сопротивлением проводящей среды между зондом и электродами, иначе по цепи зонда пойдет сравнительно большой ток и распределение потенциалов исказится.

При таком моделировании электростатического поля силовым линиям электростатического поля будут соответствовать линии тока, а поверхностям равного потенциала электростатического поля – поверхности равного потенциала стационарного поля. Стационарные заряды, возникающие на поверхности электродов, соответствуют зарядам, создающим электростатическое поле. Их величину можно регулировать изменением силы тока.

панель

В данной работе для моделирования электростатического поля используется электропроводящее стекло. На рис. 2 представлена схема экспериментальной установки: на панели закреплено электропроводяще стекло и находящиеся с ним в электрическом контакте два электрода А и В, подсоединенные к источнику постоянной ЭДС E=10 В. Вольтметр V измеряет разность потенциалов между зондом N, представляющем собой небольшой металлический стержень, и электродом B. Под стеклом находится лист миллиметровой бумаги с координатной сеткой.

Рис.2. Схема экспериментальной установки

Порядок выполнения экспериментов

1. На координатной сетке (рис. 3) протокола выбрать масштаб, отметить на ней контуры электродов.

2. Подать на электроды напряжение 10 В.

3. На средней линии найти, с помощью зонда N, точку с потенциалом 1В. Смещая зонд в одну сторону от средней линии (каждый раз на 3-4 см) найти и отметить на координатной сетке еще 4 точки с таким же потенциалом. Найти с другой стороны от средней линии еще 4 точки с таким же потенциалом.

4. Повторить п.3 для точек с потенциалом 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 В.

5. На координатной сетке получить эквипотенциальные линии, соединив точки с одинаковым потенциалом плавными линиями.

Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 66; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!