Описание установки и метода измерения

Описание установки и метода измерения

В работе используют широкий сосуд, куда наливается водопроводная вода, опускаются электроды. Чтобы избежать поляризации электродов на них подается переменное напряжение 12 В с выпрямителя ВС-24. Для измерения разности требуется вольтметр с внутренним сопротивлением значительно большим сопротивления слабопроводящей среды. Этому требованию наилучшим образом удовлетворяет электронный вольтметр.

Рис.1.

Зная распределение потенциалов, можно определить напряжённость по формуле:

Для однородного поля, если направлена в сторону оси ох, формула примет более простой вид:

(5)

Причём для любых трёх точек поля имеет место соотношение

По теореме Остроградского – Гаусса можно выразить поверхностную плотность зарядов через напряжённость. Для плоского бесконечно длинного электрода

Выполнение работы

1. Соберите установку по рис. 1. Налейте в ванную воду и с помощью регулировочных винтов, до установите ванную горизонтально. Уровень воды в ванне должен составлять 3…5 см.

2. Установите плоские электроды на расстоянии 6...18 см друг от друга. Подготовьте на бумаге в масштабе 1:2 или 1:1 координатную сетку, изобразите на ней электроды. Включите электронный вольтметр, дайте ему прогреться 5...10 мин, подготовьте его к работе.

3. Расположите зонд вблизи электрода, плавно увеличивайте напряжение, пока вольтметр не покажет 6…8 В.

4. Держа зонд вертикально, перемещайте его вблизи электрода В. Найдите точку с потенциалом j₁ = 1 В, переместите зонд на 2…3 см. вдоль электрода В. Найдите точку с таким же потенциалом j₁ = 1 В. Таким же способом отыщите ещё несколько точек с потенциалом j₁ = 1 В.

Все найденные точки являются точками эквипотенциальной поверхности. Нанесите их на координатную сетку и соедините.

1. Аналогично строятся линии эквипотенциальных поверхностей с потенциалами j₂ = 2 В, j₂ = 2 В, j₃ = 3 В, и т.д.

2. Вычислите напряжённость поля между электродами по формуле (5) и поверхностную плотность зарядов

. (6)

Контрольные вопросы

1. Что называют напряжённостью электростатического поля в данной точке?

2. Что называют потенциалом электростатического поля в данной точке?

3. Дайте определение потенциальности поля и приведите примеры потенциальных и непотенциальных полей.

4. Какова взаимная ориентация поверхностей равного потенциала и линий напряженности в электростатическом поле? Как объяснить такую ориентацию?

5. Выведите формулы напряжённости электростатических полей внутри плоского и цилиндрического конденсаторов.

6. Почему в работе используется электронный вольтметр?

7. Изменится ли результат опыта, если в лабораторной установке вместо воды использовать слобопроводящие среды: мокрый песок, растворы солей, электропроводящую бумагу?

Задание по УИРС

Рассчитайте напряженность поля между двумя цилиндрами.

⇐ Предыдущая 12