Исследование электростатического поля между двумя заряженными электродами различной геометрической формы.

 

1. С помощью программы-симулятора исследуем электрическое поле в ванне между двумя заряженными электродами различной геометрической формы.

2. Результаты исследований вносим в Таблицу № 2.

 

Таблица 2. Результаты исследований электрического поля в ванне с плоским и круглым электродами различной полярности

Горизонтальная координата x, см	Вертикальная координата y,см	Потенциал φ, В
0,45	15,00	1,00
1,20	15,00	2,00
3,30	15,00	3,00
8,45	15,00	4,00
0,45	14,00	1,00
1,25	14,00	2,00
3,25	14,00	3,00
8,35	14,00	4,00
17,60	14,00	5,00
0,45	13,00	1,00
1,20	13,00	2,00
3,20	13,00	3,00
8,20	13,00	4,00
16,20	13,00	5,00
0,45	12,00	1,00
1,20	12,00	2,00
3,20	12,00	3,00
8,15	12,00	4,00
15,30	12,00	5,00
0,45	11,00	1,00
1,20	11,00	2,00
3,25	11,00	3,00
8,05	11,00	4,00
14,70	11,00	5,00
0,45	10,00	1,00
1,20	10,00	2,00
3,20	10,00	3,00
8,00	10,00	4,00
14,30	10,00	5,00
17,10	10,00	6,00
0,45	9,00	1,00
1,20	9,00	2,00
3,20	9,00	3,00
7,95	9,00	4,00
14,00	9,00	5,00
16,50	9,00	6,00
17,60	9,00	7,00
18,20	9,00	8,00
19,00	9,00	9,00
0,45	8,00	1,00
1,20	8,00	2,00
3,20	8,00	3,00
7,90	8,00	4,00
14,00	8,00	5,00
16,40	8,00	6,00
17,30	8,00	7,00
17,70	8,00	8,00
18,00	8,00	9,00
18,10	8,00	10,00
0,45	7,00	1,00
1,20	7,00	2,00
3,20	7,00	3,00
7,95	7,00	4,00
14,00	7,00	5,00
16,50	7,00	6,00
17,50	7,00	7,00
18,20	7,00	8,00
19,10	7,00	9,00
0,45	6,00	1,00
1,20	6,00	2,00
3,20	6,00	3,00
8,00	6,00	4,00
14,30	6,00	5,00
17,10	6,00	6,00
0,45	5,00	1,00
1,20	5,00	2,00
3,20	5,00	3,00
8,05	5,00	4,00
14,70	5,00	5,00
0,45	4,00	1,00
1,20	4,00	2,00
3,25	4,00	3,00
8,10	4,00	4,00
15,30	4,00	5,00
0,45	3,00	1,00
1,20	3,00	2,00
3,25	3,00	3,00
8,20	3,00	4,00
16,20	3,00	5,00
0,45	2,00	1,00
1,25	2,00	2,00
3,30	2,00	3,00
8,35	2,00	4,00
17,80	2,00	5,00
0,45	1,00	1,00
1,25	1,00	2,00
3,30	1,00	3,00
8,45	1,00	4,00

 

3. Используя полученные координаты составляем Рисунок № 8.

 

Рисунок № 8

4. Зарисовываем эквипотенциальные линии исследуемого поля, соединяя между собой все точки с одинаковыми значениями потенциала. Рисунок № 9.

Рисунок № 9.

5. Пользуясь свойством взаимного расположения силовых и эквипотенциальных линий, построим на рисунке № 10 силовые линии исследуемого электрического поля.

Рисунок № 10

6. Задача № 1.

Вычислите по формуле значение напряжённости электрического поля в трёх точках электролитической ванны если.

 

Вариант	Координаты первой точки	Координаты второй точки	Координаты третьей точки
x, см	y, см	x, см	y, см	x, см	y, см
	7	12	10	12	13	12
Потенциал φ, В	3,83	4,26	4,66

 

 

Дано:

Решение: По формуле где x1,x2 – координаты двух точек, лежащих на силовой линии; φ1, φ2 – потенциалы этих точек.   1) вычислим напряженность электрического поля в точке •Найдем разность потенциалов точек и •Расстояние между точками по прямой силовой лини •Вычисляем напряженность в точке   /м 2) вычислим напряженность электрического поля в точке •Найдем разность потенциалов точек и •Расстояние между точками по прямой силовой лини •Вычисляем напряженность в точке /м   3) вычислим напряженность электрического поля в точке Найдем разность потенциалов точек А и С Расстояние между точками по прямой силовой лини Вычисляем напряженность в точке С /м Ответ: ; /м

Найти:

 

7. Задача № 5

Сравните между собой численные значения напряжённости электрического поля в исследуемых точках. Сделайте вывод о соответствии густоты расположения силовых линий и абсолютной величине напряжённости электрического поля.

ВЫВОД:

Исследовано электростатическое поле, созданное двумя электродами отрицательно заряженная плоскость и положительно заряженное кольцо. Графически изображены сечения эквипотенциальных поверхностей рисунок № 10. Видно, что вблизи электродов эквипотенциальные линии принимают форму источника, видно, что чем ближе эквипотенциальные линии к положительно заряженному кольцу, тем больше они принимают форму окружности, а чем ближе к плоскости, тем больше принимают форму прямой линии, что позволяет сделать вывод о том, что металлические электроды являются эквипотенциальными поверхностями.

Построены силовые линии электростатического поля, произведены оценки величины напряженности поля в трех точках. Полученные результаты говорят о том, что в областях, где силовые линии расположены гуще, величина напряженности поля больше, что соответствует теоретическим ожиданиям.

 

Задача № 6

Определите направление силовых линий с помощью формулы
и понятия градиента потенциала. Проверьте полученный результат, определив направление силовых линий ещё раз по известной полярности электродов ванны. Сравните полученные результаты и сделайте вывод о справедливости формул связи напряжённости электрического поля с его потенциалом
, или

Определим направление силовых линий с помощью формулы

 

• Градиент скалярной функции показывает направление её наиболее быстрого возрастания

• Знак «минус» появляется при выводе формулы из закона сохранения энергии и указывает на необходимость затрат энергии на совершение работы по перемещению заряда в электрическом поле

• Таким образом, силовые линии электрического поля будут направлены в сторону уменьшения его потенциала

• С другой стороны, мы знаем, что силовые линии направлены от положительных зарядов к отрицательным

• Сопоставление этих двух условий позволит нам экспериментально проверить формулу , что и составляет основную цель лабораторной работы

 

 

VI Контрольные вопросы