Описание экспериментальной установки

На рис. 2 представлена принципиальная схема измерительной установки.

В кювету (ванну) 1 налит тонкий слой воды, являющейся слабой проводящей средой. В качестве электродов используются металлические пластины 2, прикрепленные к крышке 3. Следует отметить, что пластины – электроды – должны быть строго вертикальными и параллельными друг к другу.

От универсального источника питания (выпрямителя типа УИП–2), расположенного внутри стенда, подается постоянное напряжение (порядка 10 В) на электроды. В крышку 3 вмонтированы металлические штыри 4, контактирующие с проводящей средой – водой. Штыри 4 (на рис. 2 показано несколько вертикальных и горизонтальных рядов) образуют сетку с расстояниями 10 мм между соседними вертикальными и горизонтальными рядами штырей.

Рис. 2

Для изучения картины электростатического поля используют два измерительных зонда 5 и 6, причем зонд 5 соединен постоянно с клеммой «минус» (точка А), а зонд 6 помещается в исследуемые точки (например, С и D) поля (рис. 2). Выводы измерительных зондов 5 и 6 подключаются соответственно к гнездам «*» и «U,R» цифрового комбинированного прибора 7 (типа Щ4300). По показаниям прибора 7 определяют потенциал исследуемой точки электрического поля относительно точки А (или разность потенциалов между указанными точками). Если зонд 6 поочередно помещать в точки С и D (рис. 2), то, зная потенциалы этих точек относительно точки А, можно вычислить разность потенциалов между точками С и D. Если зонд 6 перемещать по одному из вертикальных рядов штырей 4, то можно убедиться в существовании эквипотенциальных поверхностей электрического поля.

Порядок выполнения работы

1. Подготовка установки для исследования электрического поля.

1.1. Прежде всего проследите, чтобы зонд 5 был подключен к «минусовой» клемме ванны (т.А, см. рис. 2), а вывод этого зонда – к гнезду «*» прибора Щ4300. Вывод второго зонда 6 должен быть вставлен в гнездо «U,R» прибора Щ4300.

1.2. Цифровой комбинированный прибор (Щ4300) должен быть настроен на режим измерения постоянного напряжения (с диапазоном напряжения 20В), т.е. необходимо нажать клавиши на приборе «U» и «20».

1.3. Включите установку (универсальный источник питания и цифровой комбинированный прибор) и проверьте по показаниям прибора Щ4300, что к параллельным пластинам – электродам подведено напряжение порядка 10В, подсоединив зонд 6 к правой клемме ванны (т.В, см.рис. 2).

2. Построение эквипотенциальных поверхностей и линий напряженности электрического поля.

2.1. На листе бумаги (или на миллиметровке) нарисуйте координатную сетку с шагом 20 мм по вертикали (8 горизонтальных рядов) и с шагом 30 мм по горизонтали (9 вертикальных рядов)( см. рис. 3).

2.2. Касаясь зондом 6 шляпок штырей первого (горизонтального) ряда, измерьте потенциалы точек (1, 2,…..9) электрического поля (точка 1 – это первая точка первых горизонтального и вертикального рядов). Измерительный зонд 6 следует всегда устанавливать на шляпку штыря вертикально и с небольшим нажимом. Нанесите измеренные значения потенциала каждой точки на сетку, нарисованную в вашем отчете.

2.3. Измерения, подобные п.2.2, повторите для второго, третьего,….,восьмого горизонтальных рядов и полностью заполните координатную сетку.

2.4. Постройте эквипотенциальные линии, соединив точки (координатной сетки) с равными потенциалами электрического поля, созданного двумя параллельными пластинами. Итак, получается система эквипотенциалей (эквипотенциальных линий) с одинаковыми потенциалами, т.е.