Изучение электростатического поля: Методическое пособие к лабораторной работе № 2, страница 4

Обычно непосредственное изуче-ние электростатического поля осуществляется с помощью зонда, представляющего собой проводник достаточно малых размеров. На зонд с помощью потенциометра подают потенциалы различной величины относительно одного из электродов (обычно заземлённого). Если потенци-ал данной точки поля и зонда совпадают, то ток через зонд, фиксируемый гальванометром, отсут-ствует. Если при перемещении зонда в электролитической ванне ток через гальванометр отсутствует, то это означает, что зонд перемещается вдоль сечения эквипотенциальной поверхно-сти. Таким образом, можно с помощью эквипотенциальных линий представить картину электрического поля.

В нашей лаборатории разность потенциалов между электро-дами устанавливается с помощью источника тока с регулируе-мым выходом и вместо зонда с регулируемым потенциалом используется высокоомный вольтметр с внутренним сопротивле-нием порядка 100 кОм.

Лабораторная работа № 2

«Изучение электростатиче-ского поля»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ  состоит в исследовании электростатических полей, создаваемых заряженными телами различной конфигурации, с помощью электростатической ванны.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ :1)электростатическая ванна; 2) высокоомный вольтметр (из Ц4323-М1); 3) комбинированный исто-чник питания с регулируемым выходом (ВС-24); 4) набор соедините-льных проводов; 5) канцелярская бумага; 6) стакан с водопроводной водой; 7) зонд.

ПОДГОТОВКА ВАННЫ К РАБОТЕ :  Схематическое устройство ванны (вид сбоку) показано на РИС.6.

 Для подготовки ванны к работе необходимо :

1.  Отвинтить прижимные винты.

2.  Снять покровную сетку.

3.  Подливая постепенно воду на ткань, уложенную на дно ванны, хорошо увлажнить её равномерно по всей поверхности.

4.  Наложить на мокрую ткань лист канцелярской бумаги (два листа, если Вы работаете в паре с другим студентом).

5.  Установить на покровной сетке электроды, имитирующие пло-ский конденсатор (в центре ванны, расстояние между электро-дами примерно  8 – 10 мм), осторожно опустите сетку с электро-дами на уже увлажнившуюся равномерно бумагу.

6.  Осторожно (чтобы не порвать бумагу и не сломать электрод) откорректировать положение электродов параллельно друг другу и краям ванны, прижать легко винтами сетку к бумаге.

7.  Достаточно энергичным нажатием пальцев в области расположения электодов сделать их оттиски на бумаге.

Упражнение 1. Исследование электрического поля параллель-    ных пластин.

ЗАДАНИЕ 1.  Соберите электрическую схему по РИС.7. Установи-те на элекродах выбранное на-пряжение. Лёгким прикоснове-нием зонда к влажной бумаге через отверстия в покровной сетке обнаружьте и нанесите прокалыванием бумаги эквипо-тенциальные поверхности (не менее  5), потенциалы которых выберите в соответствии с пра-вилами графического изобра-жения полей.

Точки на каждой эквипотенциальной поверхности наносите через 8 – 12 мм.

Сняв полную картину поля, выключите источник питания, осторожно отсоедините проводники от электродов, снимите покров-ную сетку и осторожно, чтобы не порвать, снимите бумагу и положите её на гладкую поверхность для просушки.

ЗАДАНИЕ 2. На высохшей картинке задания 1 шариковой руч-кой или фломастером нарисуйте картину поля с помощью эквипотен-циальных поверхностей и линий напряжённости.

По полученной картинке рассчитайте напряжённость электричес-кого поля для точки, лежащей в центре картинки и для одной из точек лежащей вблизи электрода. Полученные результаты сравните с теоре-тическими, определяемыми по формуле для плоского конденсатора :

Объясните обнаружившиеся расхождения.

Упражнение 2. Исследование электростатического поля двух концентрических круглых пластин.

ЗАДАНИЕ 1. Это задание выполняется аналогично заданию 1 упражнения 1.

ЗАДАНИЕ 2. Первая часть этого задания выполняется аналогич-но первой части задания 2 упражнения 1. Затем по полученной карти-нке находится напряжённость электрического поля для точки, лежащей посредине между электродами и для точки, лежащей вблизи наружного электрода. Полученные результаты сравниваются с теоре-тическими, определяемыми по формулам:

Обозначения, соответствующие приве-дённым выше формулам, даны на РИС.8.

Какому типу конденсатора соответст-вуют полученные Вами результаты ? Поче-му ?

Упражнение 3 (дополнительное). Исследование электрического поля по выбору.

Один из вариантов – моделирование за-дачи Вашего индивидуального задания.