Задание 1. Построение эквипотенциальных и силовых линий, расчет напряженности поля в заданных точках

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова»

(ФГБОУ ВПО «МГТУ»)

Кафедра физики

Отчет

По лабораторной работе №21

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ С ПОМОЩЬЮ ЗОНДА

Выполнил __________________

Приняла Мишенева Надежда Игоревна

(Ф.И.О.)/ подпись преподавателя

Дата сдачи отчета ___________

Магнитогорск 2015

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №21. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ С ПОМОЩЬЮ ЗОНДА.

Цель работы:экспериментальное исследование конфигурации электростатического поля на модели; построение силовых и эквипотенциальных линий для заданной формы электродов.

Методика эксперимента

Экспериментальное изучение конфигурации реальных электростатических полей в вакууме представляет значительные трудности. Более простым и удобным является изучение моделей таких полей. В моделях электрические поля заменяют электрическими полями постоянных токов между теми же электродами, что и при изучении электростатических полей, но помещенных в слабо проводящую среду. Если сила тока между электродами будет малой из-за слабой проводимости среды, а потенциалы электродов будут поддерживаться постоянными во времени с помощью источника питания, то конфигурация поля между электродами в модели будет совпадать с конфигурацией электростатического поля между этими же электродами, если бы они были заряженными и находились в вакууме.

В данной лабораторной работе в качестве проводящей среды используется электропроводная бумага, закрепленная на диэлектрическом (непроводящем) планшете. Бумага становится электропроводной, если при её изготовлении в целлюлозу ввести частицы сажи или графита.

Схема экспериментальной установки показана на рис. 1.2.

Задание 1. Построение эквипотенциальных и силовых линий, расчет напряженности поля в заданных точках - student2.ru

Электрическое поле создается металлическими электродами, вся поверхность которых контактирует с электропроводной бумагой. Электроды подключены к выводам источника тока, создающего на электродах постоянное напряжение U.

Определение потенциалов в различных точках производится вольтметром с высоким входным сопротивлением. Один вывод вольтметра подключается к любому из электродов, второй – к зонду, представляющим собой тонкий металлический стержень с диэлектрической рукояткой. Перемещая зонд по поверхности проводящей среды, можно определить потенциал в любой ее точке.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Построение эквипотенциальных и силовых линий, расчет напряженности поля в заданных точках

1.1. Начертите строго в масштабе клеточное поле проводящей бумаги и очертания электродов.

1.2. Соберите лабораторную установку по схеме на рис. 1.2. В качестве источника напряжения используйте источник Е1 или регулируемый источник ИП лабораторного стенда. При использовании источника ИП вращением рукоятки «Voltage» установите на нем напряжение, заданное преподавателем. В качестве вольтметра используйте цифровой мультиметр, установленный на предел «20 V».

1.3. Измерьте с помощью мультиметра напряжение между электродами и занесите значение в тетрадь.

1.4. Занесите табл. 1.1 значения потенциалов эквипотенциальных линий (задаются преподавателем).

Таблица 1.1

φ1, В φ2, В φ3, В φ4, В
0,5 1,5

1.5. Используя зонд, найдите на верхней горизонтальной линии планшета точку, соответствующую потенциалу φ1. Отметьте ее координату на рисунке клеточного поля.

1.6. Перемещая зонд, найдите на каждой горизонтальной линии клеточного поля точки, соответствующие потенциалу φ1. Координаты всех точек отметьте на рисунке и соедините их плавной кривой – эквипотенциальной линией.

1.7. Повторите пункты 1.5-1.6 для каждого из заданных в табл. 1.1 значений потенциала.

1.8. Постройте не менее пяти силовых линий поля, соблюдая следующие правила:

· линии начинаются на электроде положительной полярности, выходя из него под прямым углом;

· силовые линии не пересекаются друг с другом;

· силовые линии пересекаются с эквипотенциальными линиями под прямым углом;

· силовые линии входят в электрод отрицательной полярности под прямым углом;

· густота силовых линий пропорциональна напряженности поля.

1.9. В точках, отмеченных преподавателем, рассчитайте напряженность поля по формуле:

Задание 1. Построение эквипотенциальных и силовых линий, расчет напряженности поля в заданных точках - student2.ru

где Δφ – разность потенциалов в В ближайших к точке эквипотенциальных линий, Δl – расстояние в см вдоль силовой линии от одной эквипотенциальной линии до другой.

Результаты расчетов занесите в табл. 1.2

Таблица 1.2

Точка Δφ, В Δl, см E, В/см
A 0,5 2,0 -0,25
B 0,5 1,2 -0,41667
C 0,5 1,7 -0,29412
D 0,5 1,8 -0,27778

1.10. В расчетных точках постройте вектора напряженности, выбрав соответствующий масштаб. Вектора должны быть направлены по касательной к силовым линиям, на которых они лежат.

1.11. Проанализируйте полученные результаты и сделайте выводы.

Вывод: исследовали электростатическое поле, построили эквипотенциальные силовые линии и рассчитали напряженность поля в заданных точках.

Наши рекомендации