работа 14 Топография электростатического поля. Работа 14 Изучение топографии электростатического поля Цель работы
![]()
|
Работа 14 Изучение топографии электростатического поля Цель работы. Опытное изучение топографии электростатического поля, т.е. изучение пространственного распределения ![]() ![]() Введение Основными характеристиками электрического поля являются: вектор напряженности поля ![]() ![]() Вектор напряженности электрического поля ![]() ![]() где ![]() По направлению вектор напряженности совпадает с направлением силы ![]() Потенциал ![]() ![]() где ![]() Графически электростатические поля изображаются силовыми линиями и эквипотенциальными поверхностями. Силовыми линиями электрического поля называются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности электрического поля. Силовым линиям приписывается направление. Они либо начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном (или уходят в бесконечность), либо приходят из бесконечности и заканчиваются на отрицательном заряде. Силовые линии не пересекаются между собой. Это следует из определения вектора ![]() Эквипотенциальная поверхность (поверхность равного потенциала) представляет собой геометрическое место точек с одинаковым потенциалом. Напряженность электрического поля ![]() ![]() ![]() из которого следует, что вектор ![]() ![]() ![]() ![]() где ![]() По абсолютной величине он равен ![]() Из условия ортогональности следует, что для графического представления поля достаточно каким-либо образом определить положение только эквипотенциальных поверхностей и затем, пользуясь этим условием, построить силовые линии. Можно математически решить задачу о распределении в пространстве вектора напряженности ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Таким образом, имея графическое изображение поля с помощью эквипотенциальных линий, можно получить его изображение с помощью силовых линий, и наоборот. В данной работе требуется опытным путем выявить расположение эквипотенциальных линий нескольких видов полей и затем изобразить поля силовыми линиями. Выполнение этой лабораторной работы имеет практическое значение, так как, например, фокусировка электронов в приборах электронной оптики (электронный осциллограф, электронный микроскоп, электронно-оптический преобразователь изображений) достигается электрическими полями, нужная конфигурация которых подбирается геометрией электродов. Метод измерения и описание аппаратуры Экспериментальное изучение электростатического поля в вакууме связано с рядом практических трудностей. Поэтому используется аналогия, существующая между электростатическим полем, созданным заряженными телами данной формы в вакууме, и электрическим полем этих заряженных тел, погруженных в слабый электролит, имеющий однородную небольшую проводимость. Как показали специальные исследования, эта замена возможна при соблюдении следующих условий: размеры ванны должны быть много меньше длины волны, соответствующей данному переменному полю, а также много меньше глубины проникновения поля в электролит. Одновременно размеры ванны должны быть в несколько раз больше размеров электродов и расстояний между ними, в противном случае будет проявляться искажающее влияние стенок ванны. Д ![]() Рис. 1 ля изучения распределения потенциала между электродами в электролите применяется установка, называемая электролитической ванной. Установка (рис. 1) состоит из ванны В с электролитом, электродов ![]() ![]() ![]() Постоянное напряжение подается на клеммы ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Принцип задания потенциала эквипотенциальных поверхностей может быть понят с помощью следующей упрощенной мостиковой схемы (рис. 2), которую с некоторым приближением можно считать эквивалентной более сложной монтажной электрической схеме прибора. П ![]() Рис. 2 ри определении потенциала необходимо помнить, что потенциал точки поля С равен разности потенциалов между этой точкой и точкой В, потенциал которой принят за нуль, т. е. ![]() ![]() Величина ![]() ![]() ![]() Для измерения потенциала в любых точках поверхности электролита помещают небольшой зонд C, соединенный с тем или иным индикатором Г. Индикатором может быть вольтметр, осциллограф. Таким образом, схеме (рис. 1) можно сопоставить схему мостика Уитсона. Из сравнения этих схем (рис. 2) видно, что ![]() В случае постоянного напряжения между электродами начинается электролиз. Возникает поляризация электродов. Вблизи электродов появляются избыточные заряды одного знака, т. е. в некоторых областях возникает объемная плотность заряда ![]() показали исследования, это возможно при соблюдении следующих условий: размеры ванны должны быть в несколько раз больше размеров электродов и расстояний между ними, в противном случае будет проявляться искажающее влияние стенок ванны. В данной установке в качестве индикаторного устройства применяется вольтметр типа М903. При таком расположении стрелки индикаторного устройства ИУ потенциал ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Если потенциал первого электрода ![]() ![]() ![]() ![]() где U – подаваемое напряжение от источника питания. Тогда потенциал точки D может быть найден следующим образом: ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Но ![]() ![]() ![]() откуда ![]() ![]() Окончательно получаем ![]() так как ![]() Изменяя положение зонда З, можно менять потенциал точки D. Перемещением зонда З в ванне находят точки, имеющие такой же потенциал, добиваясь, чтобы стрелка вольтметра показывала именно этот потенциал. Приборы и принадлежности: электролитическая ванна с зондом, электроды, вольтметр типа М903, блок питания, соединительные провода. Порядок выполнения работы
выступали из воды на 2 - 3 см и были удалены друг от друга и стенок ванны на расстоянии не менее 7 – 10 см.
![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() Контрольные вопросы
Список литературы
|