ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 614
Скачиваний: 2
16
2
1
φ
–
φ
E
d
=
. (17)
Если
эквипотенциальные
поверхности
проводить
так
,
чтобы
раз
-
ность
потенциалов
между
любыми
соседними
поверхностями
была
одина
-
ковой
,
то
напряженность
поля
будет
тем
больше
,
чем
меньше
расстояние
между
поверхностями
.
Электролитическая
ванна
Для
изучения
электрического
поля
между
электродами
различной
формы
используется
электролитическая
ванна
,
представляющая
собой
со
-
суд
,
заполненный
жидкостью
,
слабо
проводящей
электрический
ток
(
элек
-
тролитом
).
В
жидкость
погружаются
металлические
электроды
,
между
ко
-
торыми
при
помощи
источника
ЭДС
поддерживается
заданная
разность
потенциалов
.
При
этом
в
жидкости
между
электродами
возникает
электри
-
ческий
ток
,
представляющий
собой
направленное
движение
ионов
под
действием
электрического
поля
,
созданного
между
электродами
.
Электрическое
поле
в
проводнике
,
по
которому
течет
ток
,
отличает
-
ся
от
поля
в
проводнике
,
по
которому
ток
не
течет
.
Если
заряды
в
провод
-
нике
неподвижны
,
то
все
точки
проводника
имеют
одинаковый
потенциал
.
Если
заряды
движутся
,
то
в
направлении
их
движения
в
проводнике
суще
-
ствует
изменение
потенциала
,
которое
согласно
закону
Ома
пропорцио
-
нально
сопротивлению
проводника
.
Поскольку
сопротивление
металличе
-
ских
электродов
очень
мало
по
сравнению
с
сопротивлением
электролита
,
то
в
них
изменение
потенциала
незначительно
и
можно
считать
,
что
по
-
тенциал
каждого
электрода
одинаков
во
всех
его
точках
,
т
.
е
.
поверхности
электродов
в
ванне
являются
эквипотенциальными
.
Проводник
,
по
которому
течет
ток
(
в
нашем
случае
электролит
),
электрически
нейтрален
–
число
положительных
и
отрицательных
ионов
в
любом
объеме
(
достаточно
большом
по
сравнению
с
объемом
самих
ио
-
нов
)
электролита
одинаково
.
Поэтому
заряды
,
движущиеся
в
электролите
,
не
создают
электрического
поля
,
и
поле
между
электродами
целиком
опре
-
деляется
зарядами
самих
электродов
.
Поэтому
между
электродами
в
элек
-
тролитической
ванне
,
когда
по
ней
течет
ток
,
существует
электрическое
поле
точно
такое
же
,
какое
было
бы
между
этими
электродами
,
помещен
-
ными
в
вакуум
и
заряженными
до
такой
же
разности
потенциалов
.
Таким
образом
,
задача
о
нахождении
электростатического
поля
меж
-
ду
заряженными
электродами
в
пустоте
сводится
к
задаче
о
нахождении
электрического
поля
,
возникающего
в
электролитической
ванне
при
про
-
текании
в
ней
электрического
тока
.
При
этом
сначала
можно
найти
потен
-
циал
каждой
точки
пространства
,
заполненного
электролитом
,
а
затем
вы
-
числить
значение
напряженности
электрического
поля
.
Введение
в
проводящую
среду
(
в
которой
поле
тока
воспроизводит
электростатическое
поле
)
диэлектрических
тел
может
изменить
конфигу
-
17
рацию
поля
.
Поле
тока
в
таком
случае
изменится
в
соответствии
со
значе
-
нием
проводимости
введенного
тела
,
а
не
его
диэлектрической
проницае
-
мости
.
Описание
лабораторной
установки
Принципиальная
схема
установки
,
с
помощью
которой
выполняется
данная
лабораторная
работа
,
показана
на
рис
. 4.
Основной
ее
частью
является
электроли
-
тическая
ванна
(
В
),
с
помещенными
в
нее
ме
-
таллическими
электродами
(
А
,
Б
),
между
кото
-
рыми
предстоит
изучить
структуру
поля
.
Ванна
заливается
водой
,
являющейся
электролитом
,
проводимость
которого
мала
по
сравнению
с
проводимостью
металла
.
Электроды
опираются
на
дно
ванны
и
должны
немного
возвышаться
над
уровнем
электролита
.
В
измерительную
часть
схемы
,
кроме
зон
-
да
Z,
входят
нуль
-
гальванометр
Г
,
вольтметр
V
и
реостат
R,
который
включен
в
цепь
как
делитель
напряжения
.
Принцип
работы
измерительной
части
схемы
состоит
в
следующем
.
Перемещением
движка
на
делителе
напряжения
R
придаем
разные
значения
потенциала
зонда
Z
относительно
электродов
А
и
Б
.
Наличие
или
отсутствие
тока
в
цепи
гальванометра
зависит
от
того
,
в
какой
точке
поля
на
-
ходится
зонд
.
Если
он
находится
в
точке
,
потенциал
которой
равен
потенциа
-
лу
на
делителе
напряжения
,
то
в
цепи
зонда
и
гальванометра
тока
не
будет
.
Совокупность
всех
точек
поля
,
для
которых
ток
в
цепи
зонда
равен
нулю
(
при
данном
положении
движка
на
делителе
напряжения
!
),
обра
-
зуют
эквипотенциальную
линию
в
исследуемом
поле
.
Для
измерения
по
-
тенциала
этой
линии
служит
вольтметр
V,
включенный
между
движком
и
одним
из
электродов
.
Изучение
существующего
в
электролитической
ванне
электрическо
-
го
поля
сводится
к
следующему
.
Движком
на
делителе
напряжения
зонду
сообщают
различные
значения
потенциала
,
для
каж
-
дого
из
которых
,
перемещая
зонд
в
ванне
,
находят
точки
,
соответствующие
эквипо
-
тенциальной
линии
исследуемого
поля
,
т
.
е
.
точки
,
для
которых
ток
через
гальва
-
нометр
равен
нулю
.
Графическое
изображение
эквипо
-
тенциальных
линий
на
бумаге
делается
с
помощью
специального
устрой
-
ства
–
пантографа
(
рис
. 5).
К
концу
рычага
1
пантографа
прикрепляется
вертикальный
зонд
Z,
который
может
перемещаться
в
горизонтальной
Рис
. 5
1
Z
2
K
= 36 B
R
Рис
. 4
Г
R
18
плоскости
по
электролитической
ванне
(
показана
пунктиром
слева
).
Ниж
-
ний
конец
зонда
погружен
в
электролит
,
а
верхний
соединен
с
гальвано
-
метром
.
К
концу
рычага
2
пантографа
вертикально
прикреплен
карандаш
К
,
который
перемещается
по
горизонтально
расположенному
листу
бумаги
(
показан
пунктиром
справа
).
Система
рычагов
пантографа
устроена
так
,
что
все
перемещения
зонда
в
ванне
автоматически
воспроизводятся
пере
-
мещением
карандаша
по
листу
бумаги
.
Последовательно
передвигая
зонд
и
находя
эквипотенциальные
точки
поля
,
можно
получить
их
положение
на
бумаге
,
если
каждый
раз
нажимать
на
карандаш
.
Соединяя
плавной
линией
карандашные
отметки
,
соответствующие
всем
найденным
эквипотенци
-
альным
точкам
,
можно
воспроизвести
на
бумаге
форму
и
размеры
гори
-
зонтального
сечения
системы
эквипотенциальных
поверхностей
исследуе
-
мого
поля
.
При
всех
действиях
лист
бумаги
должен
быть
надежно
за
-
креплен
!
Так
как
эквипотенциальные
поверхности
и
силовые
линии
ортого
-
нальны
,
то
полученную
картину
электростатического
поля
можно
допол
-
нить
силовыми
линиями
.
Выполнение
работы
1.
Соберите
схему
,
показанную
на
рис
. 4.
2.
Установите
в
ванне
систему
двух
электродов
.
Поместите
зонд
вблизи
одного
из
электродов
,
а
движок
на
делителе
напряжения
вблизи
то
-
го
конца
реостата
,
к
которому
подсоединен
этот
электрод
.
При
поиске
эк
-
випотенциальной
линии
и
при
перемещении
движка
реостата
стрелка
галь
-
ванометра
не
должна
зашкаливать
!
3.
С
разрешения
преподавателя
подключите
схему
к
источнику
по
-
стоянного
тока
.
4.
Исследуйте
зондом
и
зарисуйте
пантографом
эквипотенциальные
линии
поля
между
электродами
.
Около
обоих
концов
каждой
линии
запи
-
шите
соответствующие
показания
вольтметра
.
При
всех
измерениях
осо
-
бенно
подробно
исследуйте
те
участки
поля
,
где
эквипотенциальные
ли
-
нии
,
построенные
через
равные
интервалы
напряжения
,
располагаются
с
большей
густотой
.
5.
Поместите
в
ванну
поочередно
все
наборы
электродов
,
исследуйте
и
зарисуйте
структуру
соответствующих
полей
.
6.
Поместите
в
середину
ванны
в
поле
,
ранее
исследованное
для
ка
-
кой
-
либо
пары
электродов
,
металлический
цилиндр
и
исследуйте
структу
-
ру
поля
в
новых
условиях
.
7.
Проделайте
то
же
самое
,
что
и
в
п
. 6,
но
с
диэлектрическим
ци
-
линдром
.
8.
По
полученным
системам
эквипотенциальных
линий
постройте
для
всех
изученных
полей
картину
силовых
линий
.
19
Контрольные
вопросы
1.
Дайте
определение
напряженности
электростатического
поля
и
напишите
выражение
для
напряженности
поля
точечного
заряда
.
2.
Дайте
определение
потенциала
электростатического
поля
и
на
-
пишите
выражение
для
потенциала
поля
точечного
заряда
.
3.
Что
указывает
на
потенциальность
электростатического
поля
?
4.
Напишите
формулу
для
вычисления
работы
в
электростатиче
-
ском
поле
.
5.
Как
математически
связаны
напряженность
и
потенциал
электро
-
статического
поля
?
6.
Как
расположены
друг
относительно
друга
силовые
линии
и
эк
-
випотенциальные
поверхности
?
7.
Чему
равны
напряженность
и
потенциал
электрического
поля
внутри
металла
(
диэлектрика
)?
РАБОТА
№
4
ИЗУЧЕНИЕ
РАБОТЫ
ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ
ЛАМПЫ
Приборы
и
принадлежности
:
трехэлектродная
электронная
лампа
(
триод
),
выпрямители
переменного
тока
на
300
В
и
4 (
или
12)
В
,
два
вольтметра
,
миллиамперметр
,
два
реостата
,
два
ключа
,
переключатель
по
-
лярности
(
коммутатор
).
Краткая
теория
В
основе
работы
электронной
лампы
лежит
явление
термоэлектронной
эмиссии
,
которое
состоит
в
испускании
электронов
нагретыми
металлами
.
Простейшей
электронной
лампой
,
состоящей
из
катода
и
анода
,
яв
-
ляется
диод
.
Если
составить
электрическую
цепь
,
содержащую
такой
ваку
-
умный
диод
,
источник
анодного
напряжения
Б
а
,
источник
напряжения
ни
-
ти
накала
катода
Б
н
и
миллиамперметр
(
рис
. 1),
то
при
нагретом
катоде
че
-
рез
лампу
пойдет
ток
J
а
,
называемый
анодным
током
.
Опыт
показывает
,
что
сила
тока
J
а
зависит
от
температуры
катода
,
материала
,
из
которого
он
сделан
,
и
разности
потенциалов
между
катодом
и
анодом
.
При
постоянной
температуре
катода
си
-
ла
анодного
тока
возрастает
с
увеличением
разно
-
сти
потенциалов
U
а
между
электродами
.
Однако
зависимость
между
силой
тока
J
а
и
разностью
по
-
тенциалов
U
а
не
выражается
законом
Ома
и
носит
более
сложный
характер
,
графически
представлен
-
ный
для
двух
температур
накала
нити
катода
на
рис
. 2.
При
малых
анодных
напряжениях
сила
тока
J
а
вначале
медленно
растет
с
повышением
напря
-
жения
.
Это
объясняется
тем
,
что
при
малых
значениях
U
а
не
все
электро
-
ны
,
испускаемые
катодом
,
достигают
анода
.
Часть
электронов
образует
К
А
Б
К
Б
А
m
А
_
+
Рис
. 1
20
между
катодом
и
анодом
электронное
обла
-
ко
(
отрицательный
пространственный
за
-
ряд
),
которое
препятствует
движению
к
ано
-
ду
вновь
вылетающих
из
катода
электронов
.
По
мере
увеличения
напряжения
U
а
элек
-
тронное
облако
рассеивается
и
ток
J
а
растет
.
Начиная
с
некоторого
определенного
значе
-
ния
U
н
,
дальнейшее
возрастание
силы
тока
вообще
прекращается
,
т
.
е
.
ток
достигает
на
-
сыщения
.
Это
объясняется
тем
,
что
все
элек
-
троны
,
испускаемые
нитью
,
достигают
ано
-
да
.
Сила
тока
насыщения
J
н
численно
равна
заряду
всех
электронов
,
испус
-
каемых
в
единицу
времени
данным
катодом
при
данной
температуре
.
Зависимость
анодного
тока
от
анодного
напряжения
называется
анодной
характеристикой
диода
.
Богуславский
и
Ленгмюр
независимо
друг
от
друга
показали
,
что
при
U
а
< U
н
зависимость
анодного
тока
от
анодного
напряжения
описывается
формулой
(
закон
«
трех
вторых
»):
2
/
3
a
a
U
B
J
=
, (1)
где
В
–
коэффициент
пропорциональности
,
зависящий
от
формы
,
размеров
и
взаимного
расположения
электродов
.
В
области
насыщения
закон
«
трех
вторых
»
теряет
силу
.
Как
следует
из
рис
. 2,
для
того
чтобы
повысить
силу
тока
насыще
-
ния
,
необходимо
повысить
температуру
катода
.
Зависимость
силы
тока
на
-
сыщения
от
температуры
катода
выражается
теоретической
формулой
Ри
-
чардсона
:
,
2
kT
A
н
e
cST
J
=
(2)
где
S –
площадь
катода
,
Т
–
температура
катода
,
А
–
работа
выхода
элек
-
тронов
из
катода
,
е
–
основание
натуральных
логарифмов
,
к
–
постоянная
Больцмана
,
с
–
эмиссионная
постоянная
,
теоретическое
значение
которой
одинаково
для
всех
металлов
и
равно
с
= 6,02·10
5
А
/(
м
2
К
2
).
Так
как
ток
в
диоде
возможен
только
тогда
,
когда
на
аноде
положи
-
тельный
потенциал
,
то
диод
обладает
односторонней
проводимостью
,
т
.
е
.
пропускает
ток
только
в
одном
направлении
.
Диод
,
служащий
для
выпрям
-
ления
переменного
тока
,
называется
кенотроном
.
Часто
возникает
необходимость
усиления
переменного
тока
или
на
-
пряжения
.
Для
этой
цели
используют
трехэлектронные
лампы
–
триоды
.
Триод
отличается
от
диода
тем
,
что
между
катодом
и
анодом
находится
третий
электрод
–
металлическая
сетка
.
Между
сеткой
и
катодом
прикла
-
дывается
напряжение
U
с
,
которое
называется
сеточным
,
и
,
следовательно
,
создается
возможность
управления
анодным
током
путем
изменения
на
-
пряжения
на
сетке
.
Так
как
сетка
находится
гораздо
ближе
к
катоду
,
чем
Т
2
>T
1
Т
2
Т
1
U
А
U
H
U
H
J
H
Рис
. 2
J
А
J
H