Реферат: Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны
Название: Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны Раздел: Рефераты по физике Тип: реферат | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Нижегородский Государственный Технический Университет . Лабораторная работа по физике №2-24. Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны Выполнил студентГруппы 99 – ЭТУ Наумов Антон Николаевич Проверил: Н. Новгород 2000г. Цель работы : изучение метода моделирования электростатических полей в электролитической ванне и исследование их характеристик в пространстве между электродами различной формы. Теоретическая часть. Электростатическое поле - поле, создаваемое покоящимися электрическими зарядами. Характеристиками этого поля являются напряженность и потенциал j, которые связаны между собой следующим соотношением: . В декартовой системе координат:, где единичные орты. Удобной моделью электрического поля является его изображение в виде силовых и эквипотенциальных линий. Силовая линия - линия, в любой точке которой направление касательной совпадает с направлением вектора напряженности Эквипотенциальная поверхность - поверхность равного потенциала. На практике электростатические поля в свободном пространстве создаются заданием на проводниках - электродах электрических потенциалов. Потенциал в пространстве между проводниками удовлетворяет уравнению Лапласа:. В декартовой системе координат оператор Лапласа:. Решение уравнения Лапласа с граничными условиями на проводниках единственно и дает полную информацию о структуре поля. Экспериментальная часть . Схема экспериментальной установки.
В эксперименте используются следующие приборы: генератор сигналов Г3 (I), вольтметр универсальный B7 (2) c зондом (3), электролитическая ванна (4) с набором электродов различной формы (5). Устанавливаем в ванну с дистилированной водой электроды. Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель П в положение “U”. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=5 кГц и напряжением U=5 В, затем ставим переключатель П в положение “S”. Далее, помещаем в ванну электроды различной формы ( в зависимости от задания ) и затем, водя по ванне зондом, определяем 4 - эквипотенциальные линии: 1B, 2B, 3B, 4B. И так далее для каждого задания. Задание №1. Исследование электростатического поля плоского конденсатора. Таблица 1. Зависимость потенциала j от расстояния.
Таблица 2. Эквипотенциальные линии.
Обработка результатов измерений. 1). График зависимости . 2). Зависимость . при x<0 при при x>x2 3). Погрешность измерения Е: . Е = (Е ± d Е) = (25 ± 0,15) 4). Силовые и эквипотенциальные линии электростатического поля плоского конденсатора 5). Задача №1. 6). Задача №2. ; Задание №2 . Исследование электростатического поля цилиндрического конденсатора. Радиусы цилиндров A =3,5 см, В=8,8см Таблица 3. Зависимость
Таблица 4. Эквипотенциальные линии.
1). График зависимости j=j(r) 2). График зависимости j=j(ln r) 3). График зависимости E = E (r). 4). График зависимости E = E (1/r). 5). Эквипотенциальные линии. 6). Расчет линейной плотности t на электроде.
7). Задача №1. L = 1м
8). Задача №2. r1 = 5см, r2 = 8см, l = 0,1м Задание №3. Исследование электростатического поля вокруг проводников. Таблица №5.
1). Потенциал на электродах: пластинке и втулке постоянен, то есть они являются эквипотенциальными поверхностями. Внутри полости потенциал также постоянен. Таблица 6.
2). Распределение потенциала вдоль линии, охватывающей пластинку и расположенной на расстоянии L = 3 ммот её края. Таблица 7.
3). Эквипотенциальные линии. 4). Определение средней напряженности поля в нескольких точках вдоль силовой линии. . а). б). в). 5). , . Таблица 8.
Вывод. В ходе работы получены картины силовых и эквипотенциальных линий плоском и цилиндрическом конденсаторах, а также вокруг проводника, помещенного в электростатическое поле. Установлено, что проводники и полости внутри них в электростатическом поле являются эквипотенциальными поверхностями. В плоском конденсаторе поле сосредоточено между пластинами, оно является однородным, а потенциал изменяется линейно. В цилиндрическом конденсаторе поле также сосредоточено между пластинами, его напряженность обратно пропорциональна расстоянию от оси конденсатора до точки измерения. Потенциал изменяется логарифмически. Поток вектора напряженности поля через коаксиальные с электродами цилиндрические поверхности постоянен, что совпадает с теоретическими предположениями (теорема Гаусса). |