Схема лабораторной установки приведена на рис. 2.
В состав установки входят:
- лабораторный модуль;
- выносной элемент;
- источник питания ИП типа «HY 1802ED», используемый в качестве источника ЭДС «Е»;
- цифровой мультиметр типа «MAS 830B», используемый в качестве вольтметра «PV»;
- адаптер типа «AC DC», используемый в качестве источника питания измерительного прибора.
Для моделирования электростатического поля удобно использовать аналогию, существующую между электростатическим полем, созданным заряженными телами данной формы в вакууме, и электрическим полем постоянного тока, текущего по проводящей плёнке с однородной проводимостью. При этом расположение силовых линий электростатического поля оказывается аналогично расположению линий электрических токов.
То же утверждение справедливо для потенциалов. Распределение потенциалов поля в проводящей плёнке такое же, как в электростатическом поле в вакууме, если оно задано заряженными телами, сечение которых плоскостью плёнки совпадает со "следом", оставляемым моделью электрода на плёнке, а высота бесконечно велика.
В качестве проводящей плёнки в работе используется электропроводящая бумага с одинаковой во всех направлениях проводимостью.
|
| Рис. 2 |
На бумаге устанавливаются электроды, так чтобы обеспечивался хороший контакт между электродом и проводящей бумагой.
Для исследования электростатического поля применяется установка (рис. 2), состоящая из лабораторного модуля, зонда, выносного элемента, источника питания ИП и вольтметра.
Выносной элемент представляет собой диэлектрическую панель, на которую помещают лист белой бумаги формата А4 (или миллиметровой бумаги), поверх нее - лист копировальной бумаги формата А4, затем - лист электропроводящей бумаги «ЭКУ-120», на который устанавливаются электроды.
|
| Рис. 3 |
Электрическая схема лабораторной работы изображена на панели лабораторного модуля (рис. 3). Напряжение от источника питания ИП с ЭДС E подается на однополюсные розетки 1 и 2, к которым подключаются электроды, установленные на электропроводящей бумаге. К модулю также подключаются зонд (к однополюсной розетке 3) и вольтметр (к однополюсным розеткам 4 и 5). В качестве вольтметра используется мультиметр.
Потенциал зонда равен потенциалу той точки поверхности электропроводящей бумаги, которой он касается. Вольтметр измеряет разность потенциалов между одним из электродов и зондом (точкой на электропроводящей бумаге, которой касается зонд). Для построения эквипотенциалей необходимо найти 7 - 8 точек с одинаковым потенциалом. Совокупность точек, для которых потенциал одинаков, и есть изображение эквипотенциали поля. Нахождение точек осуществляется путем перемещения зонда по электропроводящей бумаге. Для построения модели электростатического поля необходимо определить местонахождение 6 - 7 эквипотенциалей.
Порядок выполнения работы
1. Изучите состав лабораторной установки и ознакомьтесь с размещением приборов на рабочем месте.
2. Согласно рис. 3 источник «Е» с ЭДС E подключить к гнездам 1, 2 лабораторного модуля соблюдая полярность (красный провод «+», черный «-»).
3. Согласно рис. 3 мультиметр «РV» (вольтметр) соблюдая полярность подключить к гнездам 4, 5 лабораторного модуля.
4. Согласно рис. 3 подключить зонд к гнезду «ЗОНД».
5. Укрепить на диэлектрической панели лист белой бумаги формата А4 (или миллиметровой бумаги), на него положить копировальную бумагу формата А4, а поверх нее лист электропроводящей бумаги «ЭКУ-120».
6. Согласно обозначенной на лабораторном модуле полярности установить на электропроводящей бумаге электроды (длинный электрод «+», короткий - «-»).
7. Установить органы управления приборов в исходное состояние:
- На источнике питания «Е» повернуть регулятор напряжения «VOLTAGE» против часовой стрелки до упора, а регулятор тока «CURRENT» по часовой стрелке до упора.
- Переключатель режимов на измерительном приборе «PV» установить в положение «OFF».
8. Подключить к электрической сети лабораторный модуль, источник питания и адаптер измерительного прибора.
9. Включить приборы:
- На источнике питания «Е» переключатель «I/O» установить в положение «I».
- На мультиметре «РV» (вольтметре) переключателем режимов установить предел измерения постоянного напряжения «20 V».
10. Плавно вращая регулятор напряжения «VOLTAGE» установить напряжение по вольтметру на лицевой панели источника питания «Е»по указанию преподавателя в интервале 4 - 7 В.
11. Снять картину электростатического поля:
- Касаясь зондом электродов, по показаниям мультиметра «РV» (вольтметра) определить потенциалы электродов и обвести контуры электродов. Контуры электродов определяют крайние эквипотенциали;
- С помощью зонда отыскать и отметить нажатием на бумагу 8-9 точек равного потенциала, значение которого регистрируется вольтметром «РV».
При нанесении точек на электропроводящей бумаге ориентироваться по начерченной сетке.
12. По окончанию измерений выключить приборы:
- Переключатель режимов на измерительном приборе «PV» установить в положение «OFF».
- На источнике питания «Е» переключатель «I/О» установить в положение «O».
13. Снять бумагу (миллиметровку) с диэлектрической панели и по точкам начертить эквипотенциали. На каждой эквипотенциали отметить соответствующее ей значение потенциала.
14. В случае отсутствия или нечеткого изображения точек эксперимент повторить согласно пп. 2-13.
