3. Описание лабораторной установки

ВАРИАТНТ А

В данной лабораторной работе аналогия между электростатическим полем и током в сплошной среде используется для исследования поля при различных формах электродов, помещённых в проводящую среду (влажный песок). К электродам подводится напряжение от звукового генератора, разность потенциалов между точками поля измеряется с помощью электронного осциллографа с двумя щупами.

Сначала для каждого из наборов электродов «плоскость - плоскость» , «плоскость - цилиндр», «цилиндр - цилиндр» строятся линии равного потенциала на поверхности песка, затем картина переносится на бумагу и дополняется линиями напряженности которые проводятся ортогонально к линиям равного потенциала.

С помощью осциллографа измеряется разность потенциалов U между электродами. Затем в указанных для каждой пары электродов точках А, В, С (рис. 6) измеряется напряжённость поля. Для этого электроды устанавливаются вдоль одной силовой линии на расстоянии 1 см друг от друга, измеряется разность потенциалов и рассчитывается величина напряжённости по формуле

|E|=∆φ/∆х.

Измеренные значения напряжённости сравниваются с теоретическими, которые рассчитаны при следующих значениях:

длина плоского электрода L=248 мм,

радиус цилиндрического электрода R=24,5 мм.

Для набора «плоскость - плоскость»:

возьмём для простоты =L, тогда из формулы (П.1) получаем для точек А и С, полагая х=/4,

Е_А=Е_с=(3.1)

а для точки В, полагая х=/2,

Е_в=(3.2)

Для набора «плоскость - цилиндр» при =L из формулы (П.2) получаем значения напряжённости в точках А, В, С (х= /4, /2, 3/4)

Е_А=0,898(3.3)

Е_В=0,904(3.4)

Е_С=1,310(3.5)

Для набора «цилиндр - цилиндр» получаем из формулы (П.3) значения величины напряжённости поля при = 220 мм

Е_А(х=0, у=0)=0,963(3.6)

Е_{В (}х=0, у=/2)=0,481(3.7)

Е_С(х=у=/2)=0,431(3.8)

ВАРИАНТ Б

В качестве сплошной среды используется проводящая металлическая пластина 1, (рис.7 и 8) , покрытая парафинированным эбонитовым диэлектриком. Отверстия в диэлектрике составляют множество точек 2, используемых для исследования поля. Эксперимент проводят с двумя вариантами пластин. В первом варианте в пластину вмонтированы электроды 3 в виде параллельных плоскостей, во втором – в виде цилиндров. Электроды подключают к источнику питания 4 и создают разность потенциалов между ними 4В. Щупы 5 соединены с цифровым вольтметром 6.

Поиск линии равного потенциала проводят следующим образом. Помещают щуп 5 в любую точку исследуемого поля 1. Перемещая второй щуп в разные точки поля, отмечают точки, для которых показания вольтметра соответствуют нулю ( в трех значащих разрядах). Через эти точки проводят линии равного потенциала.

Для двух соседних линий равного потенциала определяют напряженность поля. Для этого помещают первый щуп в любую точку одной линии, второй – в ближайшую точку второй линии. По вольтметру определяют разность потенциалов между этими точками, а по числу дискретов – расстояние . По формуле

рассчитывают напряженность поля.

4. Порядок выполнения работы

ВАРИАНТ А

1. Проверить влажность песка, при необходимости смочить его водой, тщательно перемещать и разровнять поверхность дощечкой.

2. Подключить к звуковому генератору два плоских электрода и погрузить их в песок параллельно на расстоянии = 248 мм друг от друга.

3. Включить в сеть генератор и осциллограф, подключив щупы осциллографа к выходу генератора, получить на экране осциллографа изображение сигнала и измерить его амплитуду U.

Каждое измерение повторить не менее трёх раз.

4. Получить на песке картину линий равного потенциала. Для этого, устанавливая один щуп в произвольной точке, найти 5-7 точек равного потенциала (им соответствует минимальное значение амплитуды сигнала на осциллографе). Получить не менее 5 линий, разность потенциалов между соседними линиями должна быть одинаковой.

Измерить напряженность поля в точках А, В, С (см. рис. 3.1). Для этого щупы помещаются на расстоянии ∆х=1см друг от друга вдоль силовой линии, т.е. перпендикулярно линии равного потенциала в данной точке, измеряется по экрану осциллографа разность потенциалов ∆и рассчитывается величина напряженности |Е|=∆/∆х. Рассчитать теоретические значения напряженности поля в этих точках по формулам (3.1)-(3.8) и относительную погрешность .

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

6. Отключить генератор, осторожно удалить электроды, накрыть ящик прозрачным экраном с сантиметровой сеткой и скопировать в тетрадь в удобном масштабе картину линий равного потенциала. Построить линии напряжённости, которые должны быть в каждой точке ортогональны линиям равного потенциала.

Таблица 1

Набор электрод.	№ оп.	U (В)	ЕА (В/м)		δА(%))	ЕВ (В/м)		δВ(%))	ЕС (В/м)		δС(%))
			эксп.	теор.		эксп.	теор.		эксп.	теор.
плоскость- плоскость	1 2 3
	ср.
плоскость- цилиндр	1 2 3
	ср.
цилиндр- цилиндр	1 2 3
	ср.

7. Проделать п. 2-6 для наборов электродов «плоскость - цилиндр» (l=248 мм) и «цилиндр - цилиндр» (=220 мм).

8. Отключить приборы от сети.

ВАРИАНТ Б

1. Проверить правильность сборки схемы.

2. Включить в сеть вилку сетевого шнура: а) источника питания; б) цифрового вольтметра.

3. Включить тумблер «Сеть» на лицевой панели а) источника питания; б) цифрового вольтметра.

4. Добиться установки нуля во всех разрядах цифрового вольтметра.

5. Поместить первый щуп в любую точку А поля ( на любой дискрет пластины). Перемещая второй щуп в разные точки, зафиксировать все дискреты В, в которых разность потенциалов равна нулю ( в трех первых значащих разрядах вольтметра). Построить линию равного потенциала, проходящую через точку А.

6. Повторить п.5 для 4-х других точек поля.

7. Для каждой пары соседних линий равного потенциала определить среднюю напряженность поля Е. Последовательно помещая первый щуп в точки одной линии, а второй- в точки другой, определить по вольтметру разность потенциалов и расстояние между ними, где- число дискретов по осямХ и У соответственно.

8. Рассмотреть не менее 5 пар точек. Результаты измерений свести в таблицу.

9. Выключить источник питания и вольтметр.

Таблица

номера пар линий	№ опыта					Е	%
1-2	1 2 … 5
3-4

10. Повторить п.п. 5-8 для другого варианта пластин.