Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны (№24)
Реферат - Физика
Другие рефераты по предмету Физика
Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике №2-24.
Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны
Выполнил студент
Группы 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 , 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.
Методика эксперимента:
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 от расстояния.
= (x),Вxy = (x),Вxy = (x),Вxy = (x),Вxy0-1101,38-502,88104,34700,14-1001,62-403,13204,57800,37-901,88-303,40304,8900,62-802,14-203,65404,991000,82-702,37-103,88504,991100,1-602,64004,1060
Таблица 2. Эквипотенциальные линии.
= (x),Вxy = (x),Вxy = (x),Вxy = (x),Вxy1-5,792-1,6932,6946,691-5,862-1,5632,5646,461-5,732-1,5232,5346,531-5,702-1,5032,5046,501-5,7-32-1,5-332,6-346,5-31-5,7-62-1,5-632,6-646,5-61-5,8-92-1,5-932,6-946,5-9
Обработка результатов измерений.
1). График зависимости .
2). Зависимость .
при x<0
при
при x>x2
3). Погрешность измерения Е:
.
Е = (Е 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
r),Вr,смr),Вr,см0,0602,8460,0513,6570,0524,3280,0534,8590,8244,86101,965
Таблица 4. Эквипотенциальные линии.
(x,y)xy(x,y)xy(x,y)xy(x,y)xy14024,9036,2047,4013,5224,6235,5346,9312,6323433,6544,56103,9205306,2407,61-2,632-3,143-3,754-731-3,622-4,723-5,534-4,761-4,202-5,103-6,304-7,601-3,7-22-4,8-23-5,3-34-6,8-31-2,9-32-3,2-43-3,6-54-4-610-420-5,130-6,240-7,512,8-32-3-433,6-544,1-613,6-22-4,7-235,5-347-3
1). График зависимости r)
2). График зависимости ln r)
3). График зависимости E = E (r).
4). График зависимости E = E (1/r).
5). Эквипотенциальные линии.
6). Расчет линейной плотности на электроде.
7). Задача №1.
L = 1м