Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны (№24)
Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике №2-24.
Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны
Выполнил студент
Группы 99 – ЭТУ
Наумов Антон Николаевич
Проверил:
Н. Новгород 2000г.
Цель работы: изучение метода моделирования электростатических полей в электролитической ванне и исследование их характеристик в пространстве между электродами различной формы.
Теоретическая часть.
Электростатическое поле - поле, создаваемое покоящимися электрическими зарядами.
Характеристиками этого поля являются напряженность и потенциал j, которые связаны между собой следующим соотношением: .
В декартовой системе координат: , где единичные орты.
Удобной моделью электрического поля является его изображение в виде силовых и эквипотенциальных линий.
Силовая линия - линия, в любой точке которой направление касательной совпадает с направлением вектора напряженности
Эквипотенциальная поверхность - поверхность равного потенциала.
На практике электростатические поля в свободном пространстве создаются заданием на проводниках - электродах электрических потенциалов.
Потенциал в пространстве между проводниками удовлетворяет уравнению Лапласа:.
В декартовой системе координат оператор Лапласа: .
Решение уравнения Лапласа с граничными условиями на проводниках единственно и дает полную информацию о структуре поля.
Экспериментальная часть.
Схема экспериментальной установки.
|
Методика эксперимента: |
В эксперименте используются следующие приборы: генератор сигналов Г3 (I), вольтметр универсальный B7 (2) c зондом (3), электролитическая ванна (4) с набором электродов различной формы (5).
Устанавливаем в ванну с дистилированной водой электроды. Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель П в положение “U”. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=5 кГц и напряжением U=5 В, затем ставим переключатель П в положение “S”. Далее, помещаем в ванну электроды различной формы ( в зависимости от задания ) и затем, водя по ванне зондом, определяем 4 - эквипотенциальные линии: 1B, 2B, 3B, 4B. И так далее для каждого задания.
Задание №1. Исследование электростатического поля плоского конденсатора.
Таблица 1. Зависимость потенциала j от расстояния.
j = j (x),В
x
y
j = j (x),В
x
y
j = j (x),В
x
y
j = j (x),В
x
y
0
-11
0
1,38
-5
0
2,88
1
0
4,34
7
0
0,14
-10
0
1,62
-4
0
3,13
2
0
4,57
8
0
0,37
-9
0
1,88
-3
0
3,40
3
0
4,8
9
0
0,62
-8
0
2,14
-2
0
3,65
4
0
4,99
10
0
0,82
-7
0
2,37
-1
0
3,88
5
0
4,99
11
0
0,1
-6
0
2,64
0
0
4,10
6
0
Таблица 2. Эквипотенциальные линии.
j = j (x),В
x
y
j = j (x),В
x
y
j = j (x),В
x
y
j = j (x),В
x
y
1
-5,7
9
2
-1,6
9
3
2,6
9
4
6,6
9
1
-5,8
6
2
-1,5
6
3
2,5
6
4
6,4
6
1
-5,7
3
2
-1,5
