Исследование электрического поля

Цель работы: построение картины электростатического поля по линиям равного потенциала, моделируемого с помощью стационарного электрического тока, пропускаемого через электропроводную бумагу.

Приборы и материалы: измерительная установка с цифровым вольтметром (ЦВ), электропроводная бумага.

Описание установки: В работе используется цифровой вольтметр типа Щ 4313, который позволяет измерять разность потенциалов. Приведенная погрешность составляет . Входное сопротивление ЦВ равно 10 Ом.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Закрепить лист электропроводной бумаги концами в плоских электродах (однородное поле).

2. Отметить положение электродов.

 

Примечание: под электропроводную бумагу подкладывается лист белой бумаги, на котором с помощью свободного электрода через копировальную бумагу отмечаются точки равного потенциала.

 

3. Включить вольтметр. Измерить разность потенциалов () на электродах электропроводной бумаги.

4. Отыскать с помощью свободного электрода на бумаге линии равного потенциала (эквипотенциали):

1)

2)

3)

…………………

…………………

9)

В каждой линии должно быть 10 - 12 точек равного потенциала.

5. Один из плоских электродов заменить на цилиндрический (неоднородное поле) и повторить п.п. 2, 3, 4.

6. Построить эквипотенциали, а затем и силовые линии поля.

7. Рассчитать численное значение напряженности поля в трех точках (по указанию преподавателя) и сравнить с измеренным значением .

8. Оценить погрешность измерения.

Контрольные вопросы

1. Какие поля называются электростатическими?

2. Дайте определение напряженности электростатического поля? Что называется силовой линией?

3. Дайте определение потенциала электростатического поля, эквипотенциальной поверхности.

4. Как математически связаны потенциал и напряженность поля?

5. Докажите, что силовые и эквипотенциальные линии перпендикулярны друг другу.

6. Сформулируйте теорему Гаусса

7. Запишите выражения для напряженности и потенциала полей точечных зарядов, пластины, двух параллельных бесконечных пластин, заряженной нити.

8. Расскажите принцип суперпозиции для напряжённости и потенциала.

9. Объясните, почему электростатические поля называют потенциальными.

10. Какую работу требуется совершить для перемещения заряда по эквипотенциальной поверхности, по замкнутой кривой?

11. Выведите размерность электрической постоянной .

 

Литература

1. Яворский Б.М. и др. Курс физики, т. I, глава I, §§ 2, 3, глава II, §§ 1, 3, глава III, §§ 1, 2, 3, 4.

2. Савельев И. В. Курс общей физики, n. II, М., 1970.

3. Рымкевич П.А. Курс общей физики, М., 1975.

 

 

 

Рис. 1

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

 

1 – электроды;

2 – свободный электрод (щуп);

3 – электропроводная бумага;

4 – цифровой вольтметр;

5 – копировальная бумага;

6 – белая бумага.

Лабораторная работа № 3

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ

МЕТОДОМ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ГАЛЬВАНОМЕТРА

 

Принадлежности: баллистический гальванометр, измерительный стенд.

 

Краткая теория

Электроемкостью уединенного проводника называется способность накапливать заряд. Емкость численно равна величине заряда, изменяющего его потенциал на единицу:

(1)

Конденсаторы - это система двух тел, обладающая повышенной способностью конденсировать заряды. Емкость конденсатора определяется отношением:

(2)

 

Здесь - напряжение на пластинах плоского конденсатора. Следовательно, для измерения емкости необходимо измерять величину заряда и напряжение на конденсаторе. Заряд измеряется баллистическим гальванометром, напряжение – вольтметром

Емкость плоского конденсатора определяется выражением:

(3)

где - диэлектрическая проницаемость среды, S – площадь пластины, d - расстояние между пластинами конденсатора.

Емкость шара равна:

(4)

где R – радиус шара.

 

При последовательном соединении конденсаторов

емкость определяется по формуле:

 

При параллельном соединении конденсаторов

емкость определяется по формуле:

 

Баллистическим называется гальванометр, момент инерции подвижной части (рамки) которого специально увеличен. Если через гальванометр пропустить импульс тока (например, разрядить конденсатор) угол первого отброса рамки () будет пропорционален заряду (), прошедшему через гальванометр:

где В - баллистическая постоянная гальванометра.

В настоящей работе используется вспомогательный конденсатор известной емкости (эталон).

Для эталонного конденсатора , для исследуемого .

Если напряжение () одинаково, тo . Так как и то:

(7)

Это выражение и определяет методику измерений.