1. Ознакомиться со схемой установки (рис. 3). Проверить толщину слоя электролита и опустить в него электроды.
2. Нарисовать в масштабе 1: 1 координатную сетку дна зоны и положение электродов в ванне.
3. Поместить зонд в точку, находящуюся вблизи одного из электродов на оси симметрии расположения электродов (координатной оси); записать показания вольтметра и отметить на рисунке точку с найденным значением потенциала.
4. Смещая зонд с координатной оси, найти координаты другой точки, имеющей то же значение потенциала (с точностью до 0,05 В). Найти координаты 4 – 5 точек, имеющих такой же потенциал и расположенных по ту же сторону от координатной оси, а затем найти аналогичные точки с другой стороны координатной оси. Крайние точки должны выбираться на возможно большем удалении от координатной оси. Записать и отметить на рисунке найденные значения.
5. Повторить измерения для других значений потенциала. В пространстве между электродами надо получить не менее трех линий равного потенциала.
6. Соединить на рисунке точки с одинаковым значением потенциала, отметив на рисунке его значения (в В).
7. Провести на рисунке несколько линий напряженности (перпендикулярных в каждой точке линиям равного потенциала).
8. Построить график зависимости потенциала φ поля от расстояния r между электродами. Начало отсчета совместить с поверхностью электрода, вблизи которого зарегистрирован наименьший потенциал.
9. Используя построенный график, методом численного дифференцирования найти напряженность Е поля для разных значений r, зная, что
, (13)
где Δφ – изменение потенциала на отрезке Δr. Расчет по формуле (13) провести следующим образом. Выбрав значение r1, установить по графику значение φ1, соответствующее значению r1, а затем φ2 для r2 = r1 + Δr.
Разделив на Δr, получить численное значение Е. Это значение следует отнести к середине выбранного интервала (r1, r1 + Δr). Расчет выполнить для 7 – 8 значений r, охватывающих весь интервал расстояний между электродами. Результаты расчетов занести в таблицу 1.
Таблица 1.
r2, мм | r1, мм | Δr, мм | φ2, В | φ1, В | Δφ, В | Е, В/м | Еср |
10. Построить график зависимости напряженности Е электрического поля от расстояния r между электродами.
11. Вычислить по формуле (12) поверхностную плотность избыточного заряда на поверхности электрода, соответствующую найденному максимальному значению напряженности электрического поля Emax. Значение σ указать на чертеже.
12. Поместить между электродами диэлектрик и снова повторить пункты 3 – 11.
Контрольные вопросы
1. Что называют напряженностью и потенциалом электрического поля?
2. Объясните расположение линий напряженности и эквипотенциальных поверхностей для исследованного поля.
3. Изобразите в общем виде взаимное расположение линий напряженности, эквипотенциальных поверхностей и векторов в некоторой точке поля.
4. Запишите формулу теоремы Гаусса и объясните ее.
5. Как рассчитать работу по перемещению заряда в электростатическом поле?
6. Как определяется потенциал электростатического поля?
7. Какая поверхность называется эквипотенциальной?
8. Как будут выглядеть силовые линии однородного электрического поля, если в него внести диэлектрик, по сравнению с электрическом поле в вакууме.
Литература
1. Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Т.III: Учеб. пособие.- М: Физматлит, 2004. - 656 с.
2. С.Г.Калашников. Электричество.- М: Физматлит, 2003. - 624 с.