Устройство и принцип работы установки

ПАНТОГРАФ (рис.2.3) содержит рейку 2.1, перемещаемую по оси у, с отсчетом координаты по линейке 2.2, и перемещаемую по рейке каретку 2.3 с отсчетом координаты х по линейке 2.4. Положение рейки фиксируется винтом 2.5. Каретка несет держатель щупа 2.6 и упругий кронштейн 2.7 с держателем фломастера 2.8. В пазы каркаса модуля вставляется одна из плат 4. В отверстие держателя 2.6 вставлен подпружиненный щуп 3. Фломастер 11.1 слегка зажат в держателе 2.8 прижимным винтом. На верхнюю пластину конденсатора положен лист миллиметровой бумаги. По углам лист наколот на 4 шпильки, выступающие из пластины вверх.

При нажатии сверху щуп касается металлическим электродом электропроводной пленки, размещенной на плате. Подключенный к щупу вольтметр измеряет потенциал соответствующей точки пленки относительно общего провода. Найдя точку с нужны потенциалом, нажимают на упругий кронштейн 2.7, и фломастер фиксирует положение этой точки на бумаге. Одновременно регистрируют координаты этой точки по двум координатам.

ГЕНЕРАТОР 7 содержит источник постоянного напряжения (гнезда "+" и "") и источник переменного напряжения (гнезда “~”и ""), частота которого указана в перечне состава изделия. Частоту и напряжения можно измерять мультиметром 8. Два гнезда “” “” соединены.

БЛОК ПИТАНИЯ (на рисунке не показан) включается в сетевую розетку 220 В. Кабель блока питания через разъем СШ-5 подключается к разъему типа СГ-5 на боковой стенке генератора (поз.7.1).

ПЛАТЫ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОЛЕЙ имеют по два электрода, прижатые к электропроводной пленке. Электроды соединены с гнездами, расположенными на краю платы. Форма листа пленки выбирается такой, чтобы моделировались интересующие нас распределения токов или потенциалов.

Порядок выполнения работы

Вставьте в пазы каркаса одну из плат для моделирования полей. Слегка прижмите плату винтом, выступающим вправо от борта каркаса. Соберите схему согласно рис.2.4. Установите лист миллиметровой бумаги на пластине конденсатора, наколов углы листа на шпильки (осторожно, не уколите пальцы, применяйте “ластик”). Вставьте щуп и фломастер в соответствующие держатели.

Процесс измерений выполняется следующим образом.

Подвижную рейку, несущую щуп и фломастер, фиксируют винтом при нескольких значениях координаты у (см. рис.2.3). Для каждого значения у, перемещая каретку мелкими шагами по неподвижной рейке (изменяя координату х), находят точки, соответствующие заранее выбранным значениям потенциала электрического поля.

Для измерения потенциала нажимают на щуп с небольшим усилием, добиваясь его контакта с электропроводной пленкой. Не рекомендуется перемещать щуп, прижатый к пленке – это приводит к быстрому износу пленки. Определив положение точки с нужным потенциалом, нужно отметить это положение на листе миллиметровки, нажав на кронштейн с фломастером.

Рекомендуемый шаг по оси у – 10 мм, по оси х – через 0,5 В. Полученная на миллиметровке система точек позволяет определить эквипотенциальные поверхности, а затем и рассчитать напряженность электрического поля.

Представление результатов эксперимента: на оси симметрии у = у₀ системы электродов снимаем значения потенциалов U и координат х и определяем поведение напряженности:

(*)

электрического поля.

Результаты представить в виде таблиц:

y₀ = ______ мм

U, В

х, мм

<x>, мм

Ех, В/мм

Напряженность поля в точках {<x>} определяется по формуле (*), где U и x определяются следующим образом:

U₁₂ = U₁  U₂ , U₂₃ = U₂  U₃ , U₃₄ = U₃  U₄ , и т.д.

 x₁₂ = x₂  x₁ ,  x₂₃ = x₃  x₂ ,  x₃₄ = x₄  x₃ , и т.д.

Перемещая каретку вдоль оси y, аналогично производим новые измерения:

y = ______ мм

U, В

х, мм

<x>, мм

Ех, В/мм

y = ______ мм

U, В

х, мм

<x>, мм

Ех, В/мм

y = ______ мм

U, В

х, мм

<x>, мм

Ех, В/мм

y = ______ мм

U, В

х, мм

<x>, мм

Ех, В/мм

И так далее.

Изобразить эквипотенциальные поверхности на полученных распределениях потенциалов, построить график зависимости E_x = f(x) для y = y₀.

Полученные изображения и график приложить к отчёту и сделать по ним вывод.

Контрольные вопросы:

• Какие поля называют электростатическими?

• Что такое напряженность электростатического поля?

• Каково направление вектора напряженности Е?

• Что такое потенциал электростатического поля?

• Как связаны между собой потенциал и напряженность поля?

• Как изображается электростатическое поле?