Вопросы для самоконтроля

Что называют напряженностью и потенциалом электрического поля? Какова связь между ними?
Объясните расположение линий напряженности и эквипотенциальных поверхностей для исследуемых полей.
Каковы условия равновесия зарядов на проводнике?
Как влияет на электростатическое поле внесения в него металлических и диэлектрических тел?
Как создается модель электростатического поля в данной задаче?

Лабораторная работа 14

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.

Рисунок 14.2 – Экспериментальная установка

Ход работы

Дно ванны заполните слоем воды.

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

Подключите к сети источник питания ИП и цифровой вольтметр PV.

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

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

Включите питание стенда.

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.

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.

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

Соедините на рисунке точки с одинаковым значением потенциала.

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

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

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 затемдля. При этом точки, характеризуемые значениямии необходимо выбирать лежащими на одной силовой линии поля. Разделив на, получим численное значение напряженностиполя. Расчет выполните для 7–8 значений, охватывающих весь интервал расстояний между электродами. Результаты расчетов занесите в таблицу14.1.