Лабораторная работа по теме «Изучение электростатического поля» для ИСИ СФУ

Цель работы: экспериментальное изучение свойств электростатического поля и построение графика расположения силовых линий при помощи кривых равного потенциала.

Приборы и оборудование: электролитическая ванна, осциллограф, вольтметр, потенциометр, ключ, электроды различной конфигурации.

1. С помощью держателей установить в ванне две плоские пластины, параллель-ные друг другу. На миллиметровой бумаге в некотором масштабе (на¬ пример, 1:2 или 1:3) изобразить электроды и дно ванны, заключенное между ними.

2. Собрать электрическую цепь по схеме (рис. 7).

3. Включить осциллограф и прогреть его в течение 1-2 мин. При необходи¬мости, используя ручку «фокус», добиться, чтобы светящаяся линия на экра¬не стала тоньше .

4. Включить цепь.

5. Потенциометром установить разность потенциалов между точками А и В: UAB=0,1U. Держа зонд вертикально, перемещать его в области S1 так, как по-казано (двойной стрелкой) на рис. 7, до тех пор, пока амплитуда сигнала, на-блюдаемого на экране осциллографа, не будет минимальной. Найденную точку эквипотенциальной линии отметить на миллиметровой бумаге. Найти в ванне не менее 7-8 точек в разных ее областях, (а по ним всю линию равного потен¬циала) с φ1 =0,1U.

6. Повторить измерения для φ2 =0,3U, φз =0,3U и т.д. Построить не менее 6 экви-потенциальных линий.

7. Установить потенциометром разность потенциалов между точками А и В, равную 0,5U. Мысленно выделить в ванне эквипотенциальную линию, по-тенциалы точек которой φ =0,5U. Поместить между пластинами кольцо из металла так, чтобы его диаметр совпал с выделенной эквипотенциальной ли-нией. Выяснить, одинаковы или нет потенциалы точек, лежащих внутри кольца, на кольце. Начертить на миллиметровой бумаге эквипотенциальные линии при наличии между плоскими электродами кольца из проводящего ма-териала, повторив операции (см. пп. 1,5,6).

8. Установить в ванне новые электроды и повторить операции (см. пп. 1,5,6).

9. Пользуясь данными измерений п. 5.6, построить график зависимости потенциа-ла φх точки между электродами от расстояния, отсчитываемого от электрода Э1.

10.Для поля, созданного плоскими электродами, найти напряженность поля по формуле (9) для четырех произвольно выбранных точек и построить линии напряженности.

11 .На всех трех графиках, построенных при выполнении пп. 6,7,8, вычертить линии напряженности.

Контрольные вопросы

1. Какое поле называется электростатическим?

2. Что такое напряженность электростатического поля, в каких единицах она измеряется?

3. Какое электростатическое поле называется однородным?

4. Дать определения потенциала, эквипотенциальной поверхности. Назвать единицы измерения потенциала.

5. Доказать, что силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверх-ностям.

6. Вывести связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля.

7. В чем заключается явление электростатической индукции, и где оно описывает-ся в данной работе?

8. Каковы напряженность поля внутри кольца и потенциалы разных его точек?

9. Как записывается и читается теорема Остроградского-Гаусса? Каково ее назна-чение?