H, по якому протікає постійний струм між електродами Е icon

H, по якому протікає постійний струм між електродами Е




Скачати 95.83 Kb.
НазваH, по якому протікає постійний струм між електродами Е
Дата15.09.2012
Розмір95.83 Kb.
ТипРозрахунок

Лабораторна робота № 1а.


Моделювання електростатичного поля та вивчення його властивостей


Мета роботи: вивчити основні властивості електростатичного поля, методи його моделювання і експериментальної побудови кри­вих однакового потенціалу і силових ліній; перевірити принцип супер­позиції електричних полів, теорему Остроградського - Гаусса і доведення потенціального характеру електростатичного поля


Теоретичні відомості, що стосуються даної лабораторної роботи приведені в розділах 2.1 –2.3.


Метод моделювання плоско паралельного поля.

Властивості електростатичного поля і стаціонарного електрич­ного поля в провідному середовищі описують однакові рівняння. Ця математична аналогія дає можливість замінити складне експеримен­тальне вивчення структури і властивостей електростатичного поля простими і більш точними вимірюваннями відповідних їм стаціонарних електричних полів в слабо провідному середовищі. Вивчати властивості електростатичного поля вигідно на прикладі плоскопаралельного поля, коли вимірювання потенціалу або напруженості проводиться тільки в одній з площин.

Створити таке поле можна, наприклад, за допомогою циліндричного конденсатора або рівномірно зарядженого нескінченного тонкого циліндра з лінійною густиною заряду . Розрахунок такого поля приведений в розділі 2.3.
^

Опис приладів


frame1

Моделлю плоскопаралельного електростатичного поля служить лист електропровідного паперу однакової товщини h , по якому протікає постійний струм між електродами Е11 і Е22, рис. 2.12а . Ці електроди контактують з електропровідним папером і імітують електроди безмежно довгого циліндричного конденсатора і точкові заряди

К


Рис. 2.13
оли струм встановиться, структура електричного поля в моделі буде аналогічною до структури електростатичних полів у вакуумі безмеж­но довгого циліндричного конденсатора і двох точкових зарядів (залеж­но від форми електродів). Стаціонарне електричне поле в електропро­відному папері буде плоско паралельним, а поверхня паперу – площиною вектора .

Вимірювання на такій моделі можна проводити як за допо­могою двох окремих електродів, під’єднаних до гальванометра чи вольт­метра, так і за допомогою подвійного зонда (див. рис. 2.12, б), виконаного з прозорого органічного скла. Між вістрями електродів, які за­кріплені в склі на постійній відстані , проведена стрілка, а центр зонда позначений перпендикулярною рискою до стрілки. Подвійний зонд дає можливість вимірювати в площині електропровідного паперу складову вектора в будь-якому напрямі. Дійсно:

,

де , - потенціали поля в точці дотику відповідно першого та другого вістря зонда; - відстань між вістрями зонда, яка під­бирається так, щоб в цьому проміжку значення Еl було постійним.

Покази гальванометра в даному випадку будуть пропорційними різ­ниці потенціалів . Це означає, що при постійній відхилена стрілка гальванометра дає безпосереднє значення складової напруже­ності електростатичного поля ( у відносних одиницях ) у даній точці поля. При вимірюванні центр зонда розміщується над досліджуваною точкою поля. Складова напруженості визначається для напряму, в якому роз­міщена стрілка зонда. На моделі проводять контури, які охоплюють або не охоплюють додатний внутрішній електрод, (див. рис.2.12, а). Для зручності вимірювань контури розбивають на елементарні ділянки , середини яких позначають точками. Додатному значенню складової напру­женості відповідає відхилення стрілки гальванометра вправо, від'ємно­му - вліво.

Завдання


  1. Побудувати експериментальну картину електростатичного поля за допомогою кривих рівного потенціалу і силових ліній, а потім порівняти її з розрахунковою, отриманою за допомогою комп’ютера, для зарядженого циліндра і двох точкових зарядів.

  2. Перевірити:

  1. принцип суперпозиції електричних полів;,

  2. теорему Остроградського - Гаусса;

  3. чи дорівнює нулю циркуляція вектора напруженості Е по довіль­ному замкненому контуру.
^

Хід роботи


1. Побудувати картину еквіпотенціального поля. Для цього вико­ристати вільні вістря,

приєднані до гальванометра, зібравши коло за схемою ( див. pис. 2.12,а ):

  1. встановити кінець одного вістря на електропровідному папері біля одного з електродів, а другим виявити шість - сім точок рівного потенціалу;

  2. знайшовши координати цих точок, перенести їх на міліметровий папір;

  3. з’єднавши ці точки, отримати лінію рівного потенціалу, фік­суючи при цьому його значення;

  4. аналогічно отримати по п’ять - шість ліній рівного потенціалу по всій площині струмопровідного паперу для обох електродів;

  5. побудувати картину еквіпотенціального поля, наносячи еквіпо­тенціальні і силові лінії на міліметровий папір;

  6. аналогічно побудувати картину еквіпотенціального поля для випадку двох точкових зарядів 5 і 6 (див. рис. 2.12). При цьому ключ К1 замкнутий.

2. Перевірити принцип суперпозиції електричних полів ( з даного пункту роботу слід виконувати за допомогою подвійного зонда ):

      1. зібрати схему згідно з рис. 2.13;

      2. розімкнути ключі К1, К2, К3. В цьому випадку поле створює­ться зарядами 1 і 2. Розмістити зонд між зарядами 1 і 2 так, щоб його центр знаходився між ними ( точка А ). Виміряти напруженість поля Е1. Виміри провести 3 рази і визначити середнє значення Е1сер;

      3. замкнути ключ К2; ключі К1 і К3 розімкнуті. В цьому випадку доле буде створене зарядами 3 і 4. Виміряти напруженість Е2 в точ­ці А 3 рази і знайти Е2сер;

      4. замкнути ключ К3; ключі К1 і К2 розімкнуті. В даному ви­падку електричне поле буде створюватись одночасно як зарядами 1 і 2, так і 3 і 4. Вирахувати напруженість результуючого поля:

;

      1. знайти tgα = Е12, визначивши при цьому, під яким кутом розміщувати зонд для експериментального вимірювання напруженості результуючого поля;

      2. результати занести в табл.1.

Таблиця 1

№ п/п

Е 1

Е 2

Е вимір.

Е вирах.

1













2













3













Е сер













  1. Перевірити теорему Остроградського - Гаусса:

  1. нарисувати олівцем на електропровідному папері контури, які охоплюють і не охоплюють внутрішній електрод ( див. рис. 3, а );

  2. кожний контур розбити на ділянки приблизно однакової довжини;

  3. розмістити зонд так, щоб його центр співпадав в точкою на контурі, а стрілка зонда розміщувалась в напрямі зовнішньої нормалі до контуру і виміряти ( в поділках шкали гальванометра ) нормальні окладові напруженості поля в кожній відміченій точці контуру Еn i . Одержані дані занести в табл.2;



Таблиця 2

Номер

Виміру

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Контур не охоплює електрод.













































=

Контур охоплює електрод.













































=

  1. для обох контурів вирахувати алгебраїчні суми складових кожної ділянки ;

  2. порівняти дані для обох контурів.

  1. Визначити циркуляцію вектора Е по довільному контуру:

  1. нарисувати олівцем на провідному папері контур, який не охоплює електрод ( див. Рис. 9-10 );

  2. розмістити центр над кожною точкою контуру так, щоб його стрілка була дотичною до ділянки контуру в цій точці;

  3. обходячи контур за годинниковою стрілкою.

  4. виміряти в кож­ній точці дотичної складові напруженості Ек і вирахувати їх суму ;

  5. дані занести в таблицю З.



Таблиця З



Номер

Виміру

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

Контур не охоплює електрод.













































  1. З метою підвищення точності рекомендується проводити кожний вимір по 3 рази і визначати їх середнє значення.

  2. Проаналізувати дані таблиць.

  3. Обчислити за допомогою комп’ютера координати точок однакового потенціалу для точкових зарядів:

.

  1. Обчислити за допомогою комп’ютера координати точок однакового потенціалу для зарядженого циліндра:



  1. Проаналізувати і порівняти експериментальні дані з отриманими за допомогою комп’ютера. Пояснити, як експериментально можна підтверди­ти основні закономірності і властивості електростатичного поля.



Контрольні запитання

  1. Як формулюється закон Кулона?

  2. Що називається напруженістю електричного поля?

  3. Яке призначення силових ліній?

  4. Що називається потенціалом електростатичного поля? Еквіпотенціальною поверхнею?

  5. Який зв’язок між напруженістю і потенціалом?

  6. Суть поняття "циркуляція вектора напруженості вздовж замкну­того контуру".

  7. Що таке "потік вектора напруженості"?

  8. Як формулюється теорема Остроградського - Гаусса?

  9. Суть моделювання плоско паралельного електростатичного поля.

  10. Чому подвійний зонд, приєднаний до гальванометра, дає можливість виміряти на моделі плоско паралельного поля напруженість поля і її окладові?

  11. У чому полягає принцип суперпозиції електричних полів?

Схожі:

H, по якому протікає постійний струм між електродами Е iconМетодичні вказівки до виконання лабораторних робіт за темами „Постійний струм”
Постійний струм” І „Синусоїдний струм” з дисципліни „Теоретичні основи електротехніки
H, по якому протікає постійний струм між електродами Е iconМіністерство освіти І науки, молоді та спорту україни харківська національна академія міського господарства методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу загальної фізики розділ "електростатика І постійний струм"
Електростатика І постійний струм", частина 1 (для студентів 1 курсу всіх форм навчання напряму підготовки 050701, "Електротехніка...
H, по якому протікає постійний струм між електродами Е iconНавчальне видання
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни "Теоретичні основи електротехніки" за темами „Постійний струм” І...
H, по якому протікає постійний струм між електродами Е iconЕлектромагнітні коливання. Змінний струм
...
H, по якому протікає постійний струм між електродами Е iconЕлектромагнітні коливання. Змінний струм
...
H, по якому протікає постійний струм між електродами Е iconНазва модуля: Фізика. Ч код модуля: кзф 6001 С01. З. Тип модуля
Зміст навчального модуля: Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика. Термодинаміка. Електростатика. Постійний електричний струм....
H, по якому протікає постійний струм між електродами Е iconНазва модуля: Фізика. Ч код модуля: кзф 6001 С01. З. Тип модуля
Зміст навчального модуля: Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика. Термодинаміка. Електростатика. Постійний електричний струм....
H, по якому протікає постійний струм між електродами Е icon3. Постійний струм
Електричним струмом називається напрямлений (впорядкований) рух електричних зарядів
H, по якому протікає постійний струм між електродами Е iconСтуденти усіх форм навчання спеціальностей 090603 „Електричні системи електроспоживання", 090605 „Світлотехніка та джерела світла", 6
Постійний струм” І „Змінний струм” І треба засвоїти основні положення дисципліни, закони та методи розрахунку електричних кіл, є...
H, по якому протікає постійний струм між електродами Е iconIV. Постійний струм 14. Основні закони постійного струму Основні формули
А робота, яка виконана сторонніми силами при переміщенні на даній ділянці (у замкнутому колі) заряду q
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи