регистрация /  вход

Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны (стр. 1 из 2)

Нижегородский Государственный Технический Университет .

Лабораторная работа по физике №2-24.

Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны

Выполнил студент

Группы 99 – ЭТУ

Наумов Антон Николаевич

Проверил:

Н. Новгород 2000г.

Цель работы : изучение метода моделирования электростатических полей в электролитической ванне и исследование их характеристик в пространстве между электродами различной формы.

Теоретическая часть.

Электростатическое поле - поле, создаваемое покоящимися электрическими зарядами.

Характеристиками этого поля являются напряженность

и потенциал j, которые связаны между собой следующим соотношением:
.

В декартовой системе координат:

, где
единичные орты.

Удобной моделью электрического поля является его изображение в виде силовых и эквипотенциальных линий.

Силовая линия - линия, в любой точке которой направление касательной совпадает с направлением вектора напряженности

Эквипотенциальная поверхность - поверхность равного потенциала.

На практике электростатические поля в свободном пространстве создаются заданием на проводниках - электродах электрических потенциалов.

Потенциал в пространстве между проводниками удовлетворяет уравнению Лапласа:

.

В декартовой системе координат оператор Лапласа:

.

Решение уравнения Лапласа с граничными условиями на проводниках

единственно и дает полную информацию о структуре поля.

Экспериментальная часть .

Схема экспериментальной установки.

Методика эксперимента :

В эксперименте используются следующие приборы: генератор сигналов Г3 (I), вольтметр универсальный B7 (2) c зондом (3), электролитическая ванна (4) с набором электродов различной формы (5).

Устанавливаем в ванну с дистилированной водой электроды. Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель П в положение “U”. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=5 кГц и напряжением U=5 В, затем ставим переключатель П в положение “S”. Далее, помещаем в ванну электроды различной формы ( в зависимости от задания ) и затем, водя по ванне зондом, определяем 4 - эквипотенциальные линии: 1B, 2B, 3B, 4B. И так далее для каждого задания.

Задание №1. Исследование электростатического поля плоского конденсатора.

Таблица 1. Зависимость потенциала j от расстояния.

j = j ( x) x y j = j ( x) x y j = j ( x) x y j = j ( x) x y
0 -11 0 1,38 -5 0 2,88 1 0 4,34 7 0
0,14 -10 0 1,62 -4 0 3,13 2 0 4,57 8 0
0,37 -9 0 1,88 -3 0 3,40 3 0 4,8 9 0
0,62 -8 0 2,14 -2 0 3,65 4 0 4,99 10 0
0,82 -7 0 2,37 -1 0 3,88 5 0 4,99 11 0
0,1 -6 0 2,64 0 0 4,10 6 0

Таблица 2. Эквипотенциальные линии.

j = j ( x) x y j = j ( x) x y j = j ( x) x y j = j ( x) x y
1 -5,7 9 2 -1,6 9 3 2,6 9 4 6,6 9
1 -5,8 6 2 -1,5 6 3 2,5 6 4 6,4 6
1 -5,7 3 2 -1,5 2 3 2,5 3 4 6,5 3
1 -5,7 0 2 -1,5 0 3 2,5 0 4 6,5 0
1 -5,7 -3 2 -1,5 -3 3 2,6 -3 4 6,5 -3
1 -5,7 -6 2 -1,5 -6 3 2,6 -6 4 6,5 -6
1 -5,8 -9 2 -1,5 -9 3 2,6 -9 4 6,5 -9

Обработка результатов измерений.

1). График зависимости

.

2). Зависимость

.

при x<0

при

при x>x2

3). Погрешность измерения Е:

.

Е = (Е ± d Е) = (25 ± 0,15)

4). Силовые и эквипотенциальные линии электростатического поля плоского конденсатора

5). Задача №1.

6). Задача №2.

;

Задание №2 . Исследование электростатического поля цилиндрического конденсатора.

Радиусы цилиндров A =3,5 см, В=8,8см

Таблица 3. Зависимость

j = j ( r) r, см j = j ( r) r, см
0,06 0 2,84 6
0,05 1 3,65 7
0,05 2 4,32 8
0,05 3 4,85 9
0,82 4 4,86 10
1,96 5

Таблица 4. Эквипотенциальные линии.

j = j ( x,y) x y j = j ( x,y) x y j = j ( x,y) x y j = j ( x,y) x y
1 4 0 2 4,9 0 3 6,2 0 4 7,4 0
1 3,5 2 2 4,6 2 3 5,5 3 4 6,9 3
1 2,6 3 2 3 4 3 3,6 5 4 4,5 6
1 0 3,9 2 0 5 3 0 6,2 4 0 7,6
1 -2,6 3 2 -3,1 4 3 -3,7 5 4 -7 3
1 -3,6 2 2 -4,7 2 3 -5,5 3 4 -4,7 6
1 -4,2 0 2 -5,1 0 3 -6,3 0 4 -7,6 0
1 -3,7 -2 2 -4,8 -2 3 -5,3 -3 4 -6,8 -3
1 -2,9 -3 2 -3,2 -4 3 -3,6 -5 4 -4 -6
1 0 -4 2 0 -5,1 3 0 -6,2 4 0 -7,5
1 2,8 -3 2 -3 -4 3 3,6 -5 4 4,1 -6
1 3,6 -2 2 -4,7 -2 3 5,5 -3 4 7 -3

1). График зависимости j=j(r)

2). График зависимости j=j(ln r)

3). График зависимости E = E (r).

4). График зависимости E = E (1/r).

5). Эквипотенциальные линии.

6). Расчет линейной плотности t на электроде.

7). Задача №1.

L = 1м

Узнать стоимость написания работы
Оставьте заявку, и в течение 5 минут на почту вам станут поступать предложения!