Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике №2-24.
Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны
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
0
-11
1,38
-5
2,88
1
4,34
7
0,14
-10
1,62
-4
3,13
2
4,57
8
0,37
-9
1,88
-3
3,40
3
4,8
9
0,62
-8
2,14
-2
3,65
4
4,99
10
0,82
-7
2,37
-1
3,88
5
11
0,1
-6
2,64
4,10
6
Таблица 2. Эквипотенциальные линии.
-5,7
-1,6
2,6
6,6
-5,8
-1,5
2,5
6,4
6,5
Обработка результатов измерений.
1). График зависимости .
2). Зависимость .
при x<0
при
при x>x2
3). Погрешность измерения Е:
.
Е = (Е ± dЕ) = (25 ± 0,15)
4). Силовые и эквипотенциальные линии электростатического поля плоского конденсатора
5). Задача №1.
6). Задача №2.
;
Задание №2. Исследование электростатического поля цилиндрического конденсатора.
Радиусы цилиндров A =3,5 см, В=8,8см
Таблица 3. Зависимость
j=j(r),В
r,см
0,06
2,84
0,05
4,32
4,85
4,86
1,96
Таблица 4. Эквипотенциальные линии.
j=j(x,y)
4,9
6,2
7,4
3,5
4,6
5,5
6,9
3,6
Страницы: 1, 2
