Лабораторная работа №1 по физике. Вариант №5

Изучение характеристик электростатического поля

Цель работы:
Исследовать электростатическое поле, графически изобразить сечение эквипотенциальных поверхностей и силовые линии для некоторых конфигураций поля.

Основные теоретические сведения:
Любое заряженное тело создает в пространстве вокруг себя электромагнитное поле и взаимодействует с внешним электромагнитным полем. Поле, создаваемое неподвижными зарядами, называется электростатическим. Знание характеристик электрического поля требуется при работе с линиями связи, антеннами, резонаторами, полупроводниковыми приборами и другими устройствами.
Электростатическое поле в каждой точке пространства характеризуется двумя величинами: напряженностью и потенциалом. Силовая характеристика поля- напряженность- векторная величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный точечный заряд, помещенный в данную точку поля:

Описание лабораторной установки:
Установка представляет собой прямоугольную ванну с электролитом, в которую погружены два электрода. Электроды присоединены к источнику постоянного низковольтного напряжения. Один из электродов через вольтметр связан с подвижным зондом ( курсор ). Вольтметр показывает напряжение между отрицательно заряженным электродом и точкой в ванне, в которую помещен зонд.

Задание:
1. В работе требуется получить графическое изображение электрического поля при различных положениях электродов. Для этого в отчете начертите дважды сечение ванны ( Два прямоугольника с размерами: по вертикали 16 делений и по горизонтали 20 делений), нанесите координатную сетку, изобразите электроды. В первом случае электроды представляют собой два тонких кольца радиусом 1 см, во втором- отрицательно заряженная плоскость и положительно заряженное тонкое кольцо радиусом 1 см.
2. Установите зонд в какую-либо точку ванны. Вольтметр покажет напряжение между этой точкой и отрицательно заряженным электродом. Найдите в ванне точку с показанием вольтметра 1В. Отметьте ее на чертеже. Далее найдите другую точку с таким же показанием вольтметра. Это означает, что разность потенциалов между двумя найденными точками равна нулю, следовательно, они находятся на одной эквипотенциальной поверхности. Отметьте вторую точку на чертеже. Найдите еще три точки с таким же показанием вольтметра. Соедините полученные точки линией. Это и есть эквипотенциальная линия. Эквипотенциальные линии должны начинаться и кончаться вблизи краев ванны.
3. Повторите измерения по п.2 для 2В, 3В, …, 9В. На чертеже получится изображение эквипотенциальных линий.
4. Проделайте измерения по п.2 и п.3 для второй ванны.
5. На чертежах с изображением эквипотенциальных линий нанесите силовые линии (по 5 силовых линий на каждую ванну). Помните, что силовые линии начинаются и заканчиваются на заряженных телах и перпендикулярны эквипотенциальным линиям.
6. В точках с координатами (4,8), (10,8) и (17,8) оцените величину напряженности электрического поля по формуле (11).

Оценка: зачет