Описание установки и методики измерений

Схема лабораторной установки приведена на рис. 2.

В состав установки входят:

- лабораторный модуль;

- выносной элемент;

- источник питания ИП типа «HY 1802ED», используемый в качестве источника ЭДС «Е»;

- цифровой мультиметр типа «MAS 830B», используемый в качестве вольтметра «PV»;

- адаптер типа «AC DC», используемый в качестве источника питания измерительного прибора.

Для моделирования электростатического поля удобно использовать аналогию, существующую между электростатическим полем, созданным заряженными телами данной формы в вакууме, и электрическим полем постоянного тока, текущего по проводящей плёнке с однородной проводимостью. При этом расположение силовых линий электростатического поля оказывается аналогично расположению линий электрических токов.

То же утверждение справедливо для потенциалов. Распределение потенциалов поля в проводящей плёнке такое же, как в электростатическом поле в вакууме, если оно задано заряженными телами, сечение которых плоскостью плёнки совпадает со "следом", оставляемым моделью электрода на плёнке, а высота бесконечно велика.

В качестве проводящей плёнки в работе используется электропроводящая бумага с одинаковой во всех направлениях проводимостью.

Рис. 2

На бумаге устанавливаются электроды, так чтобы обеспечивался хороший контакт между электродом и проводящей бумагой.

Для исследования электростатического поля применяется установка (рис. 2), состоящая из лабораторного модуля, зонда, выносного элемента, источника питания ИП и вольтметра.

Выносной элемент представляет собой диэлектрическую панель, на которую помещают лист белой бумаги формата А4 (или миллиметровой бумаги), поверх нее - лист копировальной бумаги формата А4, затем - лист электропроводящей бумаги «ЭКУ-120», на который устанавливаются электроды.

Рис. 3

Электрическая схема лабораторной работы изображена на панели лабораторного модуля (рис. 3). Напряжение от источника питания ИП с ЭДС E подается на однополюсные розетки 1 и 2, к которым подключаются электроды, установленные на электропроводящей бумаге. К модулю также подключаются зонд (к однополюсной розетке 3) и вольтметр (к однополюсным розеткам 4 и 5). В качестве вольтметра используется мультиметр.

Потенциал зонда равен потенциалу той точки поверхности электропроводящей бумаги, которой он касается. Вольтметр измеряет разность потенциалов между одним из электродов и зондом (точкой на электропроводящей бумаге, которой касается зонд). Для построения эквипотенциалей необходимо найти 7 - 8 точек с одинаковым потенциалом. Совокупность точек, для которых потенциал одинаков, и есть изображение эквипотенциали поля. Нахождение точек осуществляется путем перемещения зонда по электропроводящей бумаге. Для построения модели электростатического поля необходимо определить местонахождение 6 - 7 эквипотенциалей.

Порядок выполнения работы

1. Изучите состав лабораторной установки и ознакомьтесь с размещением приборов на рабочем месте.

2. Согласно рис. 3 источник «Е» с ЭДС E подключить к гнездам 1, 2 лабораторного модуля соблюдая полярность (красный провод «+», черный «-»).

3. Согласно рис. 3 мультиметр «РV» (вольтметр) соблюдая полярность подключить к гнездам 4, 5 лабораторного модуля.

4. Согласно рис. 3 подключить зонд к гнезду «ЗОНД».

5. Укрепить на диэлектрической панели лист белой бумаги формата А4 (или миллиметровой бумаги), на него положить копировальную бумагу формата А4, а поверх нее лист электропроводящей бумаги «ЭКУ-120».

6. Согласно обозначенной на лабораторном модуле полярности установить на электропроводящей бумаге электроды (длинный электрод «+», короткий - «-»).

7. Установить органы управления приборов в исходное состояние:

- На источнике питания «Е» повернуть регулятор напряжения «VOLTAGE» против часовой стрелки до упора, а регулятор тока «CURRENT» по часовой стрелке до упора.

- Переключатель режимов на измерительном приборе «PV» установить в положение «OFF».

8. Подключить к электрической сети лабораторный модуль, источник питания и адаптер измерительного прибора.

9. Включить приборы:

- На источнике питания «Е» переключатель «I/O» установить в положение «I».

- На мультиметре «РV» (вольтметре) переключателем режимов установить предел измерения постоянного напряжения «20 V».

10. Плавно вращая регулятор напряжения «VOLTAGE» установить напряжение по вольтметру на лицевой панели источника питания «Е»по указанию преподавателя в интервале 4 - 7 В.

11. Снять картину электростатического поля:

- Касаясь зондом электродов, по показаниям мультиметра «РV» (вольтметра) определить потенциалы электродов и обвести контуры электродов. Контуры электродов определяют крайние эквипотенциали;

- С помощью зонда отыскать и отметить нажатием на бумагу 8-9 точек равного потенциала, значение которого регистрируется вольтметром «РV».

При нанесении точек на электропроводящей бумаге ориентироваться по начерченной сетке.

12. По окончанию измерений выключить приборы:

- Переключатель режимов на измерительном приборе «PV» установить в положение «OFF».

- На источнике питания «Е» переключатель «I/О» установить в положение «O».

13. Снять бумагу (миллиметровку) с диэлектрической панели и по точкам начертить эквипотенциали. На каждой эквипотенциали отметить соответствующее ей значение потенциала.

14. В случае отсутствия или нечеткого изображения точек эксперимент повторить согласно пп. 2-13.