Построение картины поля

1. Устанавливают в ванну электроды и закрепляют их держателями. Форма электродов и их взаимное расположение задаётся преподавателем.

2. Закрепляют лист бумаги держателем. Обводят зондом контур электродов. Движения зонда передаются с помощью пантографа на иглу, которая повторяет эти движения в уменьшенном масштабе. Иглой наносят на бумагу несколько точек по контуру электродов и чётко прорисовывают этот контур карандашом.

3. Определяют предел измерения вольтметра по надписи на клеммах и находят цену деления вольтметра.

4. Включают установку. Устанавливают зонд на расстоянии 1 + 1, 5 см от одного из электродов. С помощью реостата устанавливают гальванометр на нуль. По вольтметру определяют потенциал движка и, следовательно, потенциал выбранной точки в поле. Иглой наносят эту точку на бумагу и около неё записывают значение потенциала.

5. Не трогая больше движка реостата, находят другие точки, соответствующие той же эквипотенциальной поверхности, наносят их иглой на бумагу и соединяют плавной кривой. Точки следует брать не только между электродами. Если есть возможность, следует захватить и другие области ванны, чтобы картина поля была как можно более полной.

6. На правильно построенной картине поля разность потенциалов между всеми эквипотенциальными поверхностями должна быть одинаковой. После построения первой эквипотенциальной поверхности нужно эту разность потенциалов Δ φ определить. Для этого, отодвинув зонд от электрода на 2 + 3 см, устанавливают гальванометр на нуль реостатом. Определяют потенциал полученной точки и разность потенциалов Δ φ между этой точкой и первой эквипотенциальной поверхностью. Строят вторую поверхность для найденного положения движка реостата. Для построения третьей и всех последующих сначала реостатом измениют потенциал на найденную величину Δ φ, а гальванометр устанавливают на нуль перемещением зонда в ванне. Построение проводится вплоть до второго электрода.

7. Определяют масштаб построенной картины поля. Для этого перемещают зонд на 10 см, пользуясь сеткой в ванне, и измеряют соответствующее перемещение иглы.

8. Включают установку. Снимают бумагу и проводят штрихами линии напряжённости. Так как проводимость металлических электродов значительно больше проводимости электролита, электроды также можно считать эквипотенциальными поверхностями. Поэтому линии напряжённости проводят перпендикулярно к поверхностям электродов и далее так, чтобы они пересекали все эквипотенциальные поверхности под прямым углом. Каждая линия заканчивается на другом электроде или обрывается, если её не удаётся провести до конца (см. Рис. 2). Указывают направление линий в сторону падения (уменьшения) потенциала.

9. Определяют в двух – трёх точках напряжённость поля по формуле (6), используя ранее найденный масштаб. Значение напряжённости в вольтах на метр указывают на чертеже в соответствующих точках.

10. Полученную картину поля предъявляют преподавателю, а затем аккуратно перерисовывают в отчёт со всеми данными.

11. Делают описание поля, отметив такие его особенности как форму эквипотенциальных поверхностей и линий напряжённости в различных областях.

Отчёт по работе должен содержать:

1. Определение напряжённости и потенциала.

2. Формулы связи напряжённости с потенциалом.

3. Принципиальную схему установки.

4. Цену деления вольтметра и найденное значение Δ φ.

5. Масштаб изображения поля.

6. Чертёж картины поля в масштабе с изображением электродов, эквипотенциальных поверхностей и линий напряжённости, с указанием потенциалов всех поверхностей и значения напряжённости в нескольких точках.

7. Описание поля.

Контрольные вопросы

1. Что называется напряжённостью электростатического поля в данной точке? Какова её единица?

2. Выведите формулу напряжённости поля, созданного точечным зарядом, воспользовавшись законом Кулона.

3. Что такое линии напряжённости? Как определить их направление? Могут ли эти линии пересекаться? Почему?

4. Что называется потенциалом в данной точке? Можно ли создать поле, во всех точках которого потенциал положителен?

5. Как подсчитать работу поля по перемещению заряда? От чего зависит эта работа? В каком направлении перемещается положительный и отрицательный заряд под действием сил поля?

6. Что такое эквипотенциальные поверхности и каковы их свойства?

7. Как связаны между собой напряжённость и потенциал? В каком направлении потенциал изменяется быстрее всего?

8. Опишите принцип действия установки

9. Как провести линии напряжённости на построенной картине распределения эквипотенциальных поверхностей?

10. Почему линии напряжённости подходят к электродам под прямым углом? Является ли поверхность проводника, на которой расположены заряды, эквипотенциальной поверхностью?

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики. М.: Наука, Т. II. 2000.

2. Зисман Г.А., Тодес С.М. Курс общей физики. М.: Наука, Т. II. 2000.

3. Детлаф А.Н., Яворский Б.М. Курс физики. М.: Высшая школа, Т. II. 2000.

4. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа. 1998.

5. Грибов Л.А., Прокофьева Н.И. Основы физики. М.: Градарика, 1998.