ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №301

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ВАННЫ

1. Цель работы: изучение электростатического поля и его характеристик.

2. Теоретические основы.

Электростатические поля можно исследовать экспериментально методом моделирования. Электростатическое поле системы заряженных тел моделируется полем в однородной проводящей среде – электролите, заполняющем пространство между металлическими электродами, помещенными в ванну. Если между электродами данной конфигурации, помещенными в электролитическую ванну, поддерживать постоянную разность потенциалов, то в электролите установится постоянный ток. Силовые линии поля совпадают с линиями тока, что следует из закона Ома в дифференциальной форме

.

Электрическое поле в этом случае, в силу однородности электролита, будет по форме такой же, как электрическое поле между электродами до их погружения в электролит. На этом основан метод исследования электростатических полей, получивший название метода электролитической ванны.

1. Экспериментальная часть.

   1. Краткое описание экспериментальной установки и оборудования.

Установка состоит из электролитической ванны 7 с металлическими электродами 1, 2 и блока питания, совмещенного с вольтметром. Принципиальная схема установки показана на рис. 1.

Подвижный измерительный зонд 3, подключенный к вольтметру с большим входным сопротивлением, должен иметь малые размеры, чтобы не искажать геометрию электростатического поля.

На дно ванны нанесена масштабно-координатная сетка.

3.2. Методика проведения эксперимента.

Экспериментальное построение эквипотенциальных поверхностей (линий) и силовых линий электростатического поля.

1. Проверить правильность собранной схемы в соответствии с рис.1.

2. Поместить в ванну металлические электроды 1 и 2, расположив их симметрично относительно оси Х , проходящей через центр ванны. (см. рис.1)

3. На координатной сетке ванны, отобразить положение электродов 1 и 2.

4. Включить тумблер «СЕТЬ» блока питания. Переключатель 4 режимов измерения установить в положение «V».

5. Переключатель 5 перевести в положение «ВНУТР.» Ручкой 6 установить напряжение между электродами 1 и 2 10 В.

6. Переключатель 5 перевести в положение «ВНЕШН.».

7. Перемещая зонд 3 вблизи электрода 2, найти точку, имеющую наименьшее целое значение потенциала. Координату этой точки указать на плане, изображенном на рис.2.

8. Найти координаты точек, имеющих потенциал, равный потенциалу первой точки. При этом число точек слева и справа от оси Х должно быть одинаково. Найденные точки с указанием их потенциала нанести на план ванны.

9. Аналогичные измерения провести для точек, потенциал которых отличается от найденных ранее на величину =1 В.

3.3. Обработка результатов эксперимента.

1. Соединить точки, имеющие одинаковый потенциал сплошной линией (эквипотенциальной линии).

2. Построить на плане ванны силовые линии напряженности электростатического поля, учитывая ортогональность расположения их относительно эквипотенциальных линий.

3. Построить график зависимости для центральной силовой линии, параллельной оси X. Для этого необходимо воспользоваться результатами построения эквипотенциальных линий на плане ванны.

4. Построить под графиком график напряженности так, чтобы ось OX для этих графиков была общей.

Расчет величины Е проводится по формуле , связывающей потенциал и напряженность электростатического поля. Значение в интервале , на котором потенциал изменяется на величину , относится к середине каждого интервала .

Координатная сетка дна электролитической ванны

28
26
24
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30	32	34	36	38	40

, В

Графики

x, м

Е, В/м