Методика проведения эксперимента и описание установки

 

Экспериментальное изучение электростатического поля в вакууме связано с рядом практических трудностей. Поэтому используется аналогия, существующая между электростатическим полем, созданным заряженными телами данной формы в вакууме, и электрическим полем этих заряженных тел, погруженных в однородную среду с небольшой проводимостью. При этом между электродами возникает электрический ток. Однако, если ток будет малый, а потенциалы электродов будут поддерживаться постоянными с помощью источника электродвижущей силы, то электрическое поле, распределенное между электродами при наличии тока будет практически совпадать с электростатическим полем в вакууме. Такой способ называется моделированием.

Если имеется электрическое поле и надо определить его характеристики (распределение потенциала и напряженности), то изготовляют металлические модели электродов, создающих поле, и помещают в слабопроводящую среду. Модели могут и не совпадать по размерам с оригиналами, но должны быть геометрически подобны им и подобным образом располагаться. Например, при использовании моделей электродов 1, приведенных на рис.4, в проводящей среде возникает такое же распределение потенциалов, как в электрическом поле в вакууме, созданном двумя длинными плоскостями, перпендикулярными плоскости проводящей среды.

1         Рис.4 Модель двух плоскостей

В качестве проводящей среды в работе используется электропроводящее стекло 2 с одинаковой проводимостью по всем направлениям. Стекло располагается на диэлектрической панели 3. На стекло методом напыления нанесены фигурные электроды так, что обеспечивается хороший контакт между каждым электродом 1 и проводящим стеклом.

Для исследования поля применяется установка, блок - схема которой представлена на рис.5. Электрическое поле между электродами В и С создается и поддерживается с помощью источника регулируемого стабилизированного напряжения, который имеется на каждом лабораторном стенде. Для изучения распределения потенциала поля в различные точки среды помещают небольшой металлический стержень – зонд N. Другой конец зонда соединен с зажимом вольтметра V, расположенном на лабораторном стенде. В свою очередь вольтметр подсоединен к одному из электродов (С).

Перемещая зонд N по стеклу, с помощью вольтметра ищут точки поля с заданным потенциалом φ, соответствующие эквипотенциалиφ = const. Для того, чтобы было удобно фиксировать положения точек под стеклом находится лист миллиметровой бумаги с координатной сеткой.

B7-38

Найдя точку поля с потенциалом φ, соответствующую искомому потенциалу, определяют ее координаты и переносят на рабочий лист миллиметровки. На рабочий лист миллиметровки заранее наносят координатную сетку подобную сетке под проводящим стеклом.

 

Порядок выполнения работы

1.Собрать экспериментальную установку согласно блок-схеме рис.5. (Клеммы источника постоянного напряжения и вольтметр расположены на лабораторных стендах. Для подсоединения к схеме напылённых на панель электродов на боковых торцах панели имеются специальные клеммы.)

2.Нанести на рабочий лист миллиметровки координатную сетку, с заданным масштабом.

3.Включить тумблер «СЕТЬ» на лабораторном стенде. При этом на стенде должна загореться красная лампочка. Ручками регулировки напряжения «ГРУБО» и «ТОЧНО», расположенными на лабораторном стенде, подать 10 В на электроды. Подаваемое напряжение контролируется вольтметром. Для этого зонд N соединить с положительной клеммой источника напряжения

4. Для значений φ, заданных преподавателям снять картину эквипотенциалей исследуемого поля, отметив на миллиметровой бумаге точки поля, соответствующие заданным эквипотенциалям. Для каждой эквипотенциали необходимо снять10 – 15 точек. По точкам построить эквипотенциали. На каждой эквипотенциали отметить соответствующее ей значение потенциала.

5.На полученной картине поля по линейке начертить ось Х, направление которой задается преподавателем (например, рис.6).