Изучение электростатического поля, создаваемого

Электродами различной формы

Цель работы: исследование электростатического поля, создаваемого электродами различной формы, построение эквипотенциальных поверхностей и линий напряженности электростатического поля.

Приборы и принадлежности: ванна с электродами различной формы, частично заполненная водой, источник питания, цифровой вольтметр, зонд.

Описание установки

Экспериментальная установка (рисунок 14.2) представляет собой ванну, выполненную из материала с хорошими электроизоляционными свойствами. В ванну помещают металлические электроды 1, поле между которыми подлежит изучению, и наливают водопроводную воду слоем около 5 мм. В поле между электродами помещают зонд 2, соединенный с вольтметром. Дно ванны имеет координатную сетку. Помещая зонд в точки с определенными координатами, с помощью цифрового вольтметра PV определяют потенциалы этих точек относительно одного из электродов. Подготовку установки к работе проводят в порядке, приведенном ниже.

ИП

PV

~6,3 В

Рисунок 14.2 – Экспериментальная установка

Ход работы

1 Дно ванны заполните слоем воды.

2 Соберите электрическую схему установки. Убедитесь в симметричном расположении электродов по отношению к координатной сетке ванны.

3 Подключите к сети источник питания ИП и цифровой вольтметр PV.

4 Подготовьте цифровой вольтметр к работе, для чего выберите соответствующий диапазон измерения напряжения.

5 Подготовьте лист миллиметровки, отметьте на ней положение электродов и координатных осей.

6 Включите питание стенда.

7 Поместите зонд в точку, находящуюся вблизи одного из электродов на оси симметрии расположения электродов (координатной оси), запишите показания вольтметра и отметьте на рисунке точку с найденным значением потенциала.

8 Смещая зонд с координатной оси, найдите координаты другой точки, имеющей такое же значение потенциала (с точностью до 0,05 В). Найдите координаты еще 4–5 точек, имеющих такой же потенциал и расположенных по ту же сторону от координатной оси.

9 Повторите измерения для других значений потенциала. В пространстве между электродами надо получить не менее семи линий равного потенциала.

10 Соедините на рисунке точки с одинаковым значением потенциала.

11 Проведите на рисунке несколько линий напряженности (перпендикулярных в каждой точке линиям равного потенциала).

12 Постройте график зависимости потенциала поля от расстояния между электродами. Начало отсчета координат совместите с поверхностью электрода, вблизи которого зарегистрирован меньший потенциал.

13 Пользуясь построенным графиком, методом численного дифференцирования, найдите напряженность поля для разных значений , зная, что

, (14.1)

где – изменение потенциала на отрезке , = 5 мм.

Расчет по формуле (14.1) проводится следующим образом. Выбрав значение , установите по графику значение , соответствующее значению , а затем для . При этом точки, характеризуемые значениями и необходимо выбирать лежащими на одной силовой линии поля. Разделив на , получим численное значение напряженности поля. Расчет выполните для 7–8 значений , охватывающих весь интервал расстояний между электродами. Результаты расчетов занесите в таблицу14.1.

Таблица 14.1 – Результаты измерений и расчетов

, мм	, В	, мм	, В	, В	, В/м

14 Постройте график зависимости напряженности электрического поля от расстояния между электродами.

Тема 15