Методика виконання роботи. Вивчення електростатичного поля

Лабораторна робота Е–1

Вивчення електростатичного поля

Мета роботи: експериментальне дослідження електростатичного поля та графічне його зображення.

Поле, що породжується нерухомими стаціонарними зарядами, називається електро­статичним. Воно характеризується напруженістю та потенціалом в кожній точці поля.

Графічно електростатичне поле можна зобразити лініями рівного потенціалу та лініями напруженості. Лінія, в кожній точці якої потенціали однакові, називається лінією рівного потенціалу (еквіпотенціальною лінією). Лінія, в кожній точці якої напруженість направлена по дотичній, називається лінією напруженості (силовою лінією). Лінії напруженості в кожній точці поля перпендикулярні еквіпотенціальним лініям.

Експериментально знайшовши еквіпотенціальні лінії, можна побудувати силові лінії поля та отримати поле, що породжується зарядами будь-якої конфігурації.

В даній роботі електростатичне поле наближено імітується стаціонарним електричним полем в електропровідному папері з великим електричним питомим опором. Чим більше питомий опір паперу, тим менше різниця електростатичного та електричного полів у ньому.

Вивчення електричного поля в електропровідному папері становить значний інтерес, оскільки дозволяє вирішити низку задач методом моделювання за допомогою аналогії. Так, наприклад, плоска картина обтікання якого-небудь профілю нестискуваною ідеальною рідиною має такий самий характер, як і картина електростатичного поля, отримана на електропровідному папері, в якому вирізаний згаданий профіль.

Для експериментального знаходження ліній рівного потенціалу застосовується мостикова схема (див. роботу Е-5), в якій два опори замінені провідним папером (мал.1-1). В ділянку ВД вводиться щуп, з’єднаний з гальванометром. Джерело струму e створює різницю потенціалів на ділянках АВС та АDC. Точки В та D підбираються самим дослідником. За допомогою реостата R в схемі встановлюється певна напруга (декілька вольт).

Методика виконання роботи.

1. Зібрати схему мал.1-1.

2. Під провідний папір підкласти аркуш чистого паперу того ж формату та притиснути гвинтами електроди. Перенести на чистий папір профіль, вирізаний в електропровідному папері.

3. Повзунок реостата встановити приблизно в його середній частині.

4. Встановити повзунок реохорда D в точці, розташованій в 4-5 см від початку реохорда.

5. Водячи щупом по електропровідному паперу, знайти на ньому ряд точок, потенціали яких рівні потенціалу точки D. При цьому струм в гальванометрі має бути відсутнім.

Проколоти щупом папір, в знайдених точках. Якщо з’єднати між собою ці точки, то отримаємо еквіпотенціальну лінію. Потім пересунувши повзунок реохорда А в нове положення, знайти наступну еквіпотенціальну лінію.

Таким чином пересуваючи повзунок реохорда на 4-5 см, пройти все поле між електродами D та С.

Після цього вийняти аркуш чистого паперу з проколами, обвести еквіпотенціальні лінії та побудувати декілька ліній напруженості, стрілками вказавши напрямок напруженості. Відстань між лініями напруженості слід вибирати однаковими, як для однорідного поля.

Зауваження. Електропровідний папір слід проколювати лише при відсутності струму у гальванометрі. Положення повзунка на реостаті в процесі роботи не змінювати.

Контрольні питання

1. Що таке електростатичне поле?

2. Якими величинами характеризується електростатичне поле?

3. Що таке напруженість електростатичного поля?

4. Що називається потенціалом?

5. Що таке еквіпотенціальна лінія?

6. Що таке лінія напруженості?

7. Який кут між лінією напруженості та лінією рівного потенціалу?

8. Для чого використовується реохорд?

9. Яка роль реостата в даній роботі?

10. Яким чином можна підрахувати напруженість в кожній точці поля?

11. Як змінюють поле вирізи в електропровідному папері?

12. Яка похибка у визначенні еквіпотенціальної лінії?