Лаб. 31 (1273853), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В этом случае для изучения распределения потенциала используютвертикальные тонкие металлические стержни – зонды, вводимые внутрь поля. Такие зонды неискажают плоское поле.Экспериментальная установка представлена на рис. 2.Установка выполнена на баземикропроцессорной техники и снабжена цифровыми системами управления и измерения ижидкокристаллическим LCD дисплеем.В плоский сосуд ВА (ванну), заполненный водой, устанавливаются электроды А и С(катод и анод), которые прикрепляются к держателям. Электроды являются сменными ипозволяют моделировать электрическое поле, возникающее при различных конфигурацияханода и катода.
Электроды 1 и 2 (см рис. 2) подключаются к выходам «+» и «─» учебнойустановки (катод и анод выбираются произвольно) соединительными проводами. Для измере4ния потенциала точки поля используется специально собранный цифровой вольтметр «ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР» ИВ с высоким входным сопротивлением. Потенциал точки поляизмеряется относительно потенциала катода (при этом φк=0 В). Постоянное напряжениевеличиной 5В подается от специального стабилизированного источника питания ИП, находящегося внутри лабораторного модуля ФЭЛ-8.1323ИПРис.2Зонд ЗД соединяется с измерительным вольтметром ИВ.
Потенциал зонда равен потенциалу того места, где находится зонд. При касании зондом какой-либо точки граничной плоскости, вольтметр покажет потенциал этой точки относительно катода. Точность измеренияпотенциала вольтметром составляет 0,02 В. Измеряя потенциалы различных точек, имеющиходин и тот же потенциал, можно построить систему эквипотенциальных линий, затем изобразить совокупность силовых линий и при необходимости вычислить Е в любой точке поля поформуле (1). Положение точек равного потенциала фиксируют на миллиметровой бумаге спомощью пантографа.
Пантограф – прибор, служащий для копирования рисунков с изменениемили без изменения масштаба оригинала. Система рычагов на шарнирах обеспечивает перемещениеиглы (карандаша) по бумаге. При движении зонда вдоль эквипотенциали на поверхности водыкарандаш отмечает ряд точек, повторяя форму эквипотенциали на бумаге. Масштаб изображенияопределяют как отношение длин плеч рычагов.2. Порядок выполнения1. Устанавите электроды в ванне так, чтобы они выступали из воды на 2-3 мм.2.
Укрепив на столе пантографа лист миллиметровки, отмечают на ней положение электродов. Для этого приближают зонд вплотную к электроду и с помощью пантографа отмечают набумаге несколько точек. По ним проводят линию, изображающую пересечение электрода споверхностью воды.3. Проверьте целостность сетевого провода и включить установку в сеть ~220 В. Поставить переключатель «СЕТЬ» в положение «вкл», при этом должен загореться сигнальныйиндикатор, и дать прибору прогреться в течение не менее 5 минут.54.
Подключите измерительный зонд к выходу лабораторного модуля «ИЗМЕРЕНИЕ».Определить потенциал анода φа, прикоснувшись к нему измерительным зондом. Проверьтеравенство нулю потенциала катода φк.5. Постройте эквипотенциали в которых потенциал имеет значение φ1=1,5В. Для этогоследует, плавно перемещая зонд в ванне, наблюдать за показаниями цифрового вольтметра. Вкакой-то точке вольтметр покажет значение потенциала φ1. Это и будет первая точка эквипотенциальной линии. Отметить с помощью пантографа положение этой точки на миллиметровке.Аналогичным образом постройте другие точки эквипотенциали таким образом чтобы расстояние между двумя соседними точками одной и той же эквипотенциали составляло на миллиметровой бумаге от 0,5 до 3-4 см в зависимости от сложности формы эквипотенциали. Необходимоучитывать, что измерительный вольтметр обеспечивает точные показания только при нахождении зонда в жидкости; при нахождении его в воздухе на дисплее будут наблюдаться «шумовые» эффекты, связанные с работой АЦП вольтметра.
Измерения производить с точностью до0, 1В. Постройте эквипотенциаль, соединив полученные точки плавной кривой.6. Постройте другие экипотенциали со значениями потенциала от 1,5 до 5В с интервалом0,3-0,5В (величина интервала задается преподавателем).7. Снимайте картины 2 полей (форма и расположение электродов задаются преподавателем).3. Обработка результатов измерений1. Аккуратно, соблюдая взаимную ортогональность нарисуйте на миллиметровой бумагесистему силовых линий (10-12 линий), указав стрелками их направление. Следует учитывать,что силовые линии начинаются и заканчиваются на электродах, а их густота пропорциональнавеличине электрического поля Е.2. Вычислите по формуле (1) значения Е во всех точках пересечения какой-либо однойсиловой линии с эквипотенциалями.Дополнительное задание:1. Постройте график зависимости значения вектора E от l (вдоль произвольного направления).2.
Постройте график распределения по длине плоского электрода. Продумайте, как,пользуясь этим графиком, найти заряд электрода q .3. Определив напряженность поля вблизи поверхности электродов, найдите графическипоток вектора E через замкнутые поверхности S , окружающие эти электроды.4. В предположении, что между электродами — вакуум, найти заряд, находящийся на поверхности электрода. В расчетах использовать теорему Гаусса.Контрольные вопросы1.
Дайте определение напряженности, разности потенциалов, потенциала электрическогополя.62. Какова интегральная и дифференциальная связь между напряженностью и потенциалом?3. Что называется силовой линией, эквипотенциальной поверхностью, эквипотенциалью?Каково их взаимное расположение?4. Какова электрическая схема установки?5. Объясните принцип работы установки.6. Каковы особенности структуры поля вблизи поверхности проводника?7.Каковы физические условия возможности замены электростатического поля неподвижных зарядов электрическим полем стационарного тока?8.Объясните, чему равны напряженность поля и потенциал внутри исследуемых проводников?9.
В какой части поверхности проводника поверхностная плотность зарядов максимальна?ЛИТЕРАТУРА:1.А.А.Детлаф, Б.М. Яворский, «Курс физики». – М.: Высшая школа», 2002г.2. И.Е.Иродов, «Электромагнетизм. Основные законы». – М.: Бином. Лаборатория знаний, 2003г.3. И.В.Савельев, «Курс общей физики. Книга 2. Электричество и магнетизм», АСТ, Астрель, 2008г.7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
