Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны

Лабораторная работа по физике

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: В данной работе изучаются электростатические поля в электролитической ванне и исследование их характеристик в пространстве между электродами различной формы.

Установить, что электроды являются эквипотенциальными поверхностями.

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

График зависимости потенциала от расстояния и график расположения эквипотенциальных линий

U, B

X, cм

Из графика расположения эквипотенциальных линий ( справа ) мы видим, что линии параллельны поверхностям (электродам) плоского конденсатора.

Задание 2

Таблица измерений

№

R, cм

U, B

№

R, cм

U, B

№

R, cм

U, B

0

0

0

4

4

1,24

8

8

4,34

1

1

0

5

5

2,34

9

9

4,75

2

2

0

6

6

3,16

10

10

4,9

3

3

0

7

7

3,8

11

11

4,9

Графики зависимости потенциала от расстояния и от логарифма расстояния

U, B

R, см

U, B

ln R

Значения E мы вычислили из графика зависмости U(R), методом графического дифференцирования и данные занесли в таблицу:

R, cм

4

5

6

7

8

9

E, B/М

124

96,6

79

63,3

54,25

31,66

Графики зависимости E(R), E(1/R)

E, B/М

R, cм

E, B/М

1/R, cм

График (картинка) расположения эквипотенциальных линий

Вычисления для задания 2

Из графика U=U( ln r) находим : при этом значения для точки: ln r=2,079 и U=4,34В, а R=3,5 cм - радиус внутреннего кольца.

При L=1 м: - емкость конденсатора.

- энергия заряженного конденсатора.

- объемная плотность энергии.

При Е=54,25 В/м поток напряженности равен:

Задание 3

График (картинка) расположения эквипотенциальных линий

Вывод; С помощью этих трех эксперементов с электродами различной формы мы смогли наглядно убедится (на графиках-картинках) в том, что электроды действительно являются эквипотенциальными поверхностями, так как полностью повторяют их форму линии из графиков всех трех заданий. Также определили (для 2-го задания) как зависит напряженность (Е) от расстояния R: E~1/R.