Описание установки и метода измерений

Работа состоит в построении картины электростатического поля с помощью эквипотенциальных поверхностей и силовых линий. Для этого применяется метод моделирования электростатического поля с помощью электролитической ванны, т.к. электростатические измерения сопряжены с определенными трудностями. Поэтому в электролитической ванне электростатическое поле неподвижных зарядов заменено полем постоянного электрического тока. Как показывает теория и эксперимент, возникающее в электролите поле тока, также как и электростатическое поле, будет потенциальным, и распределение потенциала в нем будет совпадать с распределением потенциала в электростатическом поле. Таким образом, поле неподвижных зарядов можно заменить полем постоянного электрического тока при условии, что потенциалы электродов (источников поля) поддерживаются постоянным, а электропроводность среды значительно меньше электропроводности электродов.

Рисунок 2 Рисунок 3

Установка состоит из ванны, заполненной слабопроводящим электролитом (водопроводной водой) с двумя электродами произвольной формы (рисунок 2).

Э₁, Э₂ – электроды; С – зонд; Г – гальванометр; V – вольтметр; АВ – реохорд; К – карандаш; Л – лист бумаги.

Для определения потенциала в любой точке поля используется метод зонда. Зонд включается в диагональ мостика Уитстона. Пусть зонд установлен в некоторой точке поля, потенциал которой необходимо определить. Перемещая движок реохорда АВ, отыскивает такую точку Д, чтобы ее потенциал был равен потенциалу точки С. В этом случае ток через гальванометр не проходит. Значение потенциала в точке С относительно правого электрода можно измерить с помощью вольтметра V. Трудность данного метода состоит в возникновении поляризации электродов, что приводит к искажению поля с течением времени. Для устранения этого вместо постоянного тока для питания мостика используется переменный ток. Для зарисовки эквипотенциальных линий на бумаге служит пантограф (рисунок 3).

Порядок выполнения работы

1. Зарисовать электрическую схему установки, изучить ее.

2. Закрепить на столике пантографа лист бумаги, а на конце стержней – электроды, расположив их симметрично относительно центра ванны.

3. При отключенном источнике обвести зондом электроды.

4. Установить зонд в центре ванны.

5. Включить источник тока (переключатель гальванометра, добиться, чтобы стрелка гальванометра установилась на нуль. Проверить показания в положении «Точно».

6. Отметить эту точку на бумаге. Записать показания вольтметра.

7. Медленно перемещая зонд вправо и влево от начального положения, найти несколько точек (5-7) с заданным потенциалом ( в каждой точке стрелка гальванометра должна быть на нуле). С помощью пантографа отметить их на листе бумаге и соединить плавной линией. Это будет первая эквипотенциаль.

8. Установить зонд на середине между одним электродом и центром ванны. Добиться отсутствия тока в гальванометре. Записать .

9. Аналогично пункту 7 отметить 5-7 точек второй эквипотенциали , а затем третьей, установив зонд на середине между другим электродом и центром ванны.

10. Значения потенциалов занести в таблицу.

11. Построить семейство силовых линий.