Электростатика. Вязовов В.Б - 9 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

теоретический расчёт напряжённости и потенциала может быть сопряжён со значительными трудностями. В таких случаях
прибегают к экспериментальным методам исследования полей, одним из которых является метод
электролитической ванны
. Этот
метод основан на подобии эквипотенциальных поверхностей в однородном электролите при протекании тока между двумя
электродами и в вакууме при сохранении геометрического подобия электродов и при одинаковом распределении потенциала на
них.
Измерять же распределение потенциала в проводящей среде при протекании через неё тока значительно проще, чем в
вакууме.
В настоящей работе используется установка, схема которой приведена на рис. 3.
Рис. 3
В состав установки входят:
1) ванна с электролитом и помещёнными в
неё электродами;
2) потенциометр;
3) вольтметр;
4) блок питания;
5) пантограф;
6) зонд.
Блок питания
4
выдаёт переменное
напряжение, часть которого через потенциометр
2
подаётся на электроды, положение которых в ванне можно изменять. На одном из двух плеч пантографа закреплён зонд
6
,
опущенный в электролит. На другом плече расположена специальная игла
7
, с помощью которой можно делать отметки на
бумаге. Напряжение между одним из электродов и зондом измеряется вольтметром.
Пантограф представляет собой простое устройство из четырёх шарнирно соединённых между собой реек. Движение
иглы по бумаге повторяет в уменьшенном масштабе движение зонда в электролите. Если перемещать зонд вдоль линии
равного потенциала (вольтметр при этом должен показывать одно и то же значение напряжения) и периодически делать
иглой отметки на бумаге, то получится изображение линии равного потенциала на бумаге. Можно построить несколько
таких линий при разных напряжениях и с их помощью провести силовые линии, начинающиеся на одном электроде и
оканчивающиеся на другом. В точках пересечения силовые линии и линии равного потенциала должны быть ортогональны.
Так как сами электроды также являются поверхностями равного потенциала, то силовые линии ортогональны поверхностям
электродов.
П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы
1. Ознакомьтесь с ходом выполнения работы и описанием установки по методическим указаниям.
2. Закрепите в ванне электроды (форма электродов выбирается по указанию преподавателей).
3. На стол пантографа положите лист чистой бумаги формата А4.
4. Не включая установку в электрическую цепь, на бумагу с помощью пантографа нанесите расположение электродов.
5. Ключом
K
подайте переменное напряжение (10 … 15 В) на электроды. Опустите в ванну зонд и, перемещая его
вблизи одного из электродов, добейтесь разности потенциалов между электродами ванны и зондом определённой величины
(например 2,5 В). Иглой пантографа отметьте на бумаге эту точку.
6. Перемещением зонда найдите ряд точек, соответствующих этому значению потенциала.
7. Передвинув этот зонд дальше от электродов, получите новую серию точек с другим значением потенциала.
Повторяя операции п. 5 постройте 5–6 серий точек с разными потенциалами. Разность потенциалов поля между соседними
сериями точек должна оставаться одной и той же.
8. Замените один или два электрода (по указанию преподавателя) и аналогичным образом исследуйте
электростатическое поле, построив новые серии точек одинакового потенциала.
9. Выньте лист бумаги из пантографа и перенесите изображения точек на двухмиллиметровую страницу рабочей
тетради.
10. Соедините серии точек, построив карандашом эквипотенциальные линии.
11. По формуле
Е
= –gradφ =
)(
)(
12
12
lll
−
ϕ−ϕ
−=
∆
ϕ∆
−
, где
)(
12
ϕ
−
ϕ
приращение потенциала между соседними
эквипотенциальными линиями, а
)(
12
ll
−
кратчайшее расстояние между этими линиями, рассчитайте среднее значение
напряжённости для всех линий электростатического поля.
Расчёт напряжённостей:
Е
1
=
l
∆
ϕ
∆
−
;
Е
2
=
l
∆
ϕ
∆
−
;
Е
3
=
l
∆
ϕ
∆
−
;
Е
4
=
l
∆
ϕ
∆
−
;
Ε
=
4
4321
EEEE
+++
;
а) рассчитайте абсолютные погрешности отдельных измерений:
11
∆
ΕΕΕ
−=
;
22
∆
ΕΕΕ
−=
;
33
∆
ΕΕΕ
−=
;
44
∆
ΕΕΕ
−=
;
б) рассчитайте абсолютную погрешность измерений ∆
E
:
V
2
5
4
≈
U
6
1
7

Страницы