Файл: 529.pdf

исследуются, поэтому экспериментально. Для измерений можно

использовать метод исследования электрических полей на моделях

с помощью проводящей бумаги или методом электролитической

ванны. Измерения на проводящей бумаге или в электрической

ванне проводят с помощью электродов, форма которых

воспроизводит натуру в некотором масштабе, чаще всего увеличенном. Электроды располагают друг относительно друга

так же, как они расположены в моделируемом приборе.

Распределение электрического поля в пространстве

определяется дифференциальным:и уравнениями Максвелла, решение которых зависит от формы уравнений и от граничных условий. Можно показать, что в условиях излагаемого далее экспериментального метода моделирования форма уравнений от

замены непроводящей среды па проводящую не меняется.

Например.

Плотность стационарного электрического тока j в

проводящей среде удовлетворяет уравнению неразрывности

Уравнения (1.14) и (1.15) полностью определяют поведение

поля в области между электродами. Этим же уравнениям

удостоверяет, как известно, и электростатическое поле Ео в

отсутствие проводящей среды.

10

www.mitht.ru/e-library

В данной работе проводится измерение не вектора напряженности поля, а электрических потенциалов. Для измерений вводят щупы­

зонды - тонкие металлические проволоки, соединенные с

измерительной аппаратурой. Изменяя потенциал зонда (щупа), можно добиться, чтобы протекающий через него ток стал равен

нулю. Потенциал зонда (щупа) равен в этом случае потенциалу, который имелся в исследуемой точке до введения зонда. Особенно

удобно исследовать с помощью зондов (щупов) плоские поля. Но

небольшие искажения поля всегда происходят из-за того, что зонд

не может быть сделан бесконечно тонким.

1.3. Приборы и принадлежности

Установка для изучения электростатического поля с

набором электродов; электропроводная бумага; белая бумага;

источник питания постоянного тока; копировальная бумага.

1.4. Описание установки и метода измерения

Вработе используется - метод моделирования

электростатического поля в заданной системе электродов

постоянным электрическим током в электропроводной среде. Пусть имеются два латунных электрода 1 и 2 (рис 1.6) , к которым подводится постоянное напряжение 6 Вольт. Между электродами находится' электропроводная бумага (3), причем

электропроводность электродов значительно больше

электропроводности бумаги (а.rnr > ~ При этом условии можно

считать, что линии тока в бумаге будут совпадать с линиями

напряженности электростатического поля в заданной системе

электродов в вакууме.

11

www.mitht.ru/e-library

Рис. 1.6. Схема установки для изучения электростатического поля

Электрод 1 имеет нулевой потенциал, а электрод 2 -

потенциал +6 В. Параллельно электродам подключена последовательная цепочка 4 из десяти одинаковых сопротивлений

- делитель напряжений. Падение напряжения на концах каждого сопротивления цепочки составляет 0,1 напряжения, то есть по 0,6

Вольт. Величины потенциалов клемм-гнезд 5 делителя

напряжения указаны на схеме установки (рис. 1.6.). для нахождения на бумаге точки с потенциалом, например 2,4 В,

нужно подключить клемму А гальванометра 6 с помощью провода

7 к клемме делителя напряжения с потенциалом 2,4 Вольта, ко

второй клемме В гальванометра подключается провод со щупом 8.

Перемещ<:tя этот щуп по бумаге и, наблюдая за _отклонениями

стрелки гальванометра, находят точку с равным потенциалом (ток

через гальванометр при этом будет равен нулю). Если под электропроводную бумагу положить лист копировальной бумаги,

то можно легким нажатием щупа - зонда зафиксировать

найденную точку.

После этого можно обычной шариковой ручкой поставить

маленький крестик с центром в найденной точке и подписать рядом значение ее потенциала. Передвинув щуп-зонд по вертикали

на 1- 2 см, отыскивают вторую точку с тем же потенциалом,

фиксируя ее, затем третью и так далее, пока не будет обнаружена

12

www.mitht.ru/e-library

вся эквипотенциальная линия (на каждой эквипотенциальной

линии следует иметь не менее 5-ти точек).

Затем приступают, пользуясь описанной методикой и отысканию линий с друтими потенциалами, перенося провод 7 от

гальванометра на соответствующие клеммы делителя напряжения.

Таким образом обнаруживают на бумаге эквипотенциальные

линии с величинами потенциалов, заданными делителем. Эти

электростатического поля в изучаемой системе электродов.

В комплект установки входит набор электродов, с помощью

которых можно исследовать разные типы электростатических

полей (см. рис. 1.6 и рис. 1.7.).

г) д)

Рис.l.7. Способы расположения электродов для исследования

электростатических: а) - цилиндрический конденсатор;

Каждый студент должен исследовать, по крайней мере, два

типа электростатических полей по указанию преподавателя.

13

www.mitht.ru/e-library

1.5. Порядок выполнения работ

1. Отключите установку тумблером 9 и снимите электроды 1

и 2, отвинтив крепящие клеммы 10.

2.Положите на подставку последовательно лист белой бумаги, копировальную бумагу, лист электропроводной

бумаги. . Установите заданную преподавателем систему

электродов, подключив к ним провода питания, как показано

на рис. 1.6.

3.Соедините провод гальванометра с клеммой делителя

напряжения с потенциалом 0,6 Вольт, а щуп держите в правой руке над бумагой.

4.С разрешения лаборанта или преподавателя, проверивших

правильность сборки установки, включите тумблером 9

питание установки.

5. Касаясь щупом 8 бумаги, отыщите эквипотенциальные

линии по описанной ВЬШIе методике.

6. Отключите установку, карандашом обведите электроды. Снимите электроды и возьмите для обработки лист белой бумаги с результатом измерений. Электропроводную бумагу и

копирку сдайте лаборанту, а электроды укрепите на

установке.

7. По указанию преподавателя опыт повторите при другой

системе электродов.

Прuмечанuе: во избежание порчи гальванометра не

допускайте касания щупом электродов и длительного касания

щупом бумаги при замыкании.

14

www.mitht.ru/e-library

1.6. Обработка опытных даНIIЫХ

По точкам, полученным на белой бумаге, проведите линии

равного потенциала и приступите к построению линий

напряженности.

Число линий напряженности, приходящихся на единицу

длины, выбирают равным напряженности поля, то есть n=E.

Тогда расстояние между соседними линиями

напряженности равно

lЛх

а=- =---

эквипотенциальными линиями; а дх - расстояние между ними.

Далее проведите линии напряженности наиболее близко к прямой (обычно это ось симметрии системы). По обе стороны от нее

нанесите точки на расстоянии а = ЛХt:..~ Через эти точки проведите

линии напряженности, помня, что они должны быть

перпендикулярны к линиям равного потенциала и что поверхность

электродов является также эквипотенциальной. После обработки данных постройте график распределения потенциала в поле между

электродами в зависимости от расстояния до оси внутреннего

электрода. По полученному графику, используя выражения (1.13)

и (1.14), постройте зависимость E(r). Зависимость (1.16.) строго­

верна для одномерного поля.

1.7. Контрольные вопросы

2.Что такое электростатическое поле?

3.Где оно существует и как его можно обнаружить?

4.Виды полей. Способы изображения

5.Что такое электрический заряд? Откуда берутся заряды?

15

www.mitht.ru/e-library