Описание лабораторной установки. Лабораторная установка (рис.1) состоит из рабочего стола 1, покрытого оргстеклом, к которому шинами 2 и 3 прижимается лист из электропроводной бумаги 4

Лабораторная установка (рис.1) состоит из рабочего стола 1, покрытого оргстеклом, к которому шинами 2 и 3 прижимается лист из электропроводной бумаги 4. Шины крепятся фиксаторами 5. Фигурные электроды 7 или 8 прижимаются фиксаторами 6 к электропроводной бумаге. Съемный электрод 9, контактирующий с электропроводной бу­магой в любой точке, укреплен в диэлектрической ручке 10. Смеще­ние зонда вдоль осей X и У осуществляется при помощи шарнирного механизма 11. Координаты зонда отсчитываются по метрическим шкалам 12 и 13. Стрелки 14 и 15, соединенные с зондом 9, параллельны осям Х и У соответственно. Шина 2 подсоединена к отрицательной клемме источника постоянного напряжения 16. Положительная клемма источника подключена через переключатели П1 и П2 к фигурным электродам 7 или 8 (по указанию преподавателя). Положительный потенциал подводится:

– к электроду 7, если переключателя П1 и П2 находятся в по­ложении «а»;

– к электроду 8, если переключатель П1 находится в положения «а», а переключатель П2 – в положении «б»;

– к шине 3, если переключатель П1 находится в положения «б» при любом положении переключателя П2.

Рис. 1. Схема лабораторной установки.

Отсчет потенциала в любой точке электропроводной бумаги относительно шины 2 осуществляется по шкале измерительного прибора 17, на вход которого подается положительное напряжение со съемного зонда 9.

Порядок выполнения работы и содержание отчета

1. Построение эквипотенциальных линий электростатического поля.

Для этого необходимо осуществить следующие операции:

· Включить источник постоянного напряжения, установив на его выходе уровень порядка 10 В;

· Перемещая съемный зонд по рабочему полю, образованному электропроводной бумагой, найти совокупность 5...7 точек с одина­ковыми потенциалами, записать координаты этих точек для ряда зна­чений потенциалов φ, отличающихся на Δ φ = 1 В;

· Занести полученные значения в таблицу;

· Построить картины эквипотенциальных линий на миллиметровке, при­лагаемой к отчету.

2. Построение силовых линий напряженности поля.

При построе­нии силовых линий необходимо помнить, что они в каждой точке пространства перпендикулярны эквипотенциальной поверхности и направлены в сторону убывания потенциала. Построение силовых линий осуществляется следующим образом:

· На графике эквипотенциальную линию меньшего потенциала разбивают на 5…7 элементов, каждый из них аппроксимируется отрезком прямой, представляющей собой хорду;

· Через середину каждой хорды проводят нормаль до пересечения с ближайшей эквипотенциальной линией;

· Из точки пересечения этой нормали с ближайшей эквипотенциальной линией восстанавливают новую нормаль к хорде этой линии;

· Процесс построения нормалей повторяют последовательно для всех эквипотенциальных линий;

· По точкам пересечения нормалей эквипотенциальных линий строят плавную кривую, представляющую собой силовую линию вектора ;

· Точность построения вектора тем выше, чем ближе друг к другу эквипотенциальные поверхности различного уровня;

· Силовые линии поля наносят в виде кривых на миллиметровку, отметив их направление.

3. Определение модуля напряженности электростатического поля в произвольной точке с координатами Х и У.

При решении этой задачи поступают следующим образом:

· На одной из эквипотенциальных линий отбирают точку М, характеризующуюся потенциалом φ_М;

· От точки М переходят к точке N с координатами х+ Δ х; у+ Δ у и определяют потенциал этой точки φ_М + Δ φ= φ_N;

· Определяют проекции вектора как

и ;

· Находят модуль вектора

;

· Аналогичным образом находят модуль вектора еще в двух точках [ х, у+ Δ х ] и [ х+ Δ х, у ].

4. Определение дивергенции вектора .

Вычисление дивергенции вектора осуществляют по полученным данным на основании соотношения (4). При этом необходимо:

· Определить приращение Δ Е_х проекции Е_х вектора при переходе от точки с координатами х, у к точке с координатами х+ Δ х, у;

· Определить приращение Δ Е_y проекции Е_y вектора при переходе от точки с координатами х, у к точке с координатами х, у+ Δ y;

· Вычислить соотношение и ;

· Определить дивергенцию как ;

· Прокомментировать полученный результат.

Вопросы для самопроверки.

1. Каким образом записываются уравнения силовых линий?

2. Чему равен поток вектора напряженности электрического поля, зависит ли он от формы замкнутой поверхности?

3. Каков физический смысл потенциала электростатического поля, градиента потенциала?

4. Как записываются семейства уравнений эквипотенциальных поверхностей?

5. Как взаимно ориентированы силовые линии напряженности электростатического поля и эквипотенциальные линии?

Поиск по сайту: