Войти на сайт

или
Регистрация

Навигация


Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны

6584
знака
17
таблиц
1
изображение

Нижегородский Государственный Технический Университет.

Лабораторная работа по физике №2-24.


 

Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны


Выполнил студент

Группы 99 – ЭТУ

Наумов Антон Николаевич

Проверил:


Н. Новгород 2000г.

Цель работы: изучение метода моделирования электростатических полей в электролитической ванне и исследование их характеристик в пространстве между электродами различной формы.

 

Теоретическая часть.

Электростатическое поле - поле, создаваемое покоящимися электрическими зарядами.

Характеристиками этого поля являются напряженность  и потенциал j, которые связаны между собой следующим соотношением: .

В декартовой системе координат: , где единичные орты.

Удобной моделью электрического поля является его изображение в виде силовых и эквипотенциальных линий.

Силовая линия - линия, в любой точке которой направление касательной совпадает с направлением вектора напряженности

Эквипотенциальная поверхность - поверхность равного потенциала.

 На практике электростатические поля в свободном пространстве создаются заданием на проводниках - электродах электрических потенциалов.

 Потенциал в пространстве между проводниками удовлетворяет уравнению Лапласа:.

 В декартовой системе координат оператор Лапласа: .

Решение уравнения Лапласа с граничными условиями на проводниках единственно и дает полную информацию о структуре поля.

 

Экспериментальная часть.

Схема экспериментальной установки.

Методика эксперимента:

В эксперименте используются следующие приборы: генератор сигналов Г3 (I), вольтметр универсальный B7 (2) c зондом (3), электролитическая ванна (4) с набором электродов различной формы (5).

Устанавливаем в ванну с дистилированной водой электроды. Собираем схему, изображенную на РИС. 1. Ставим переключатель П в положение “U”. Подготавливаем к работе и включаем приборы. Подаем с генератора сигнал частоты f=5 кГц и напряжением U=5 В, затем ставим переключатель П в положение “S”. Далее, помещаем в ванну электроды различной формы ( в зависимости от задания ) и затем, водя по ванне зондом, определяем 4 - эквипотенциальные линии: 1B, 2B, 3B, 4B. И так далее для каждого задания.

Задание №1. Исследование электростатического поля плоского конденсатора.

Таблица 1. Зависимость потенциала j от расстояния.

j = j (x),В

x

y

j = j (x),В

x

y

j = j (x),В

x

y

j = j (x),В

x

y

0 -11 0 1,38 -5 0 2,88 1 0 4,34 7 0
0,14 -10 0 1,62 -4 0 3,13 2 0 4,57 8 0
0,37 -9 0 1,88 -3 0 3,40 3 0 4,8 9 0
0,62 -8 0 2,14 -2 0 3,65 4 0 4,99 10 0
0,82 -7 0 2,37 -1 0 3,88 5 0 4,99 11 0
0,1 -6 0 2,64 0 0 4,10 6 0

 

Таблица 2. Эквипотенциальные линии.

j = j (x),В

x

y

j = j (x),В

x

y

j = j (x),В

x

y

j = j (x),В

x

y

1 -5,7 9 2 -1,6 9 3 2,6 9 4 6,6 9
1 -5,8 6 2 -1,5 6 3 2,5 6 4 6,4 6
1 -5,7 3 2 -1,5 2 3 2,5 3 4 6,5 3
1 -5,7 0 2 -1,5 0 3 2,5 0 4 6,5 0
1 -5,7 -3 2 -1,5 -3 3 2,6 -3 4 6,5 -3
1 -5,7 -6 2 -1,5 -6 3 2,6 -6 4 6,5 -6
1 -5,8 -9 2 -1,5 -9 3 2,6 -9 4 6,5 -9

 

Обработка результатов измерений.

1). График зависимости .

2). Зависимость .

при x<0

при

при x>x2  

3). Погрешность измерения Е:

.

Е = (Е ± dЕ) = (25 ± 0,15)

4). Силовые и эквипотенциальные линии электростатического поля плоского конденсатора

5). Задача №1.

 

6). Задача №2.

;

Задание №2. Исследование электростатического поля цилиндрического конденсатора.

Радиусы цилиндров A =3,5 см, В=8,8см

Таблица 3. Зависимость

j=j(r),В

r,см

j=j(r),В

r,см

0,06 0 2,84 6
0,05 1 3,65 7
0,05 2 4,32 8
0,05 3 4,85 9
0,82 4 4,86 10
1,96 5

Таблица 4. Эквипотенциальные линии.

j=j(x,y)

x

y

j=j(x,y)

x

y

j=j(x,y)

x

y

j=j(x,y)

x

y

1 4 0 2 4,9 0 3 6,2 0 4 7,4 0
1 3,5 2 2 4,6 2 3 5,5 3 4 6,9 3
1 2,6 3 2 3 4 3 3,6 5 4 4,5 6
1 0 3,9 2 0 5 3 0 6,2 4 0 7,6
1 -2,6 3 2 -3,1 4 3 -3,7 5 4 -7 3
1 -3,6 2 2 -4,7 2 3 -5,5 3 4 -4,7 6
1 -4,2 0 2 -5,1 0 3 -6,3 0 4 -7,6 0
1 -3,7 -2 2 -4,8 -2 3 -5,3 -3 4 -6,8 -3
1 -2,9 -3 2 -3,2 -4 3 -3,6 -5 4 -4 -6
1 0 -4 2 0 -5,1 3 0 -6,2 4 0 -7,5
1 2,8 -3 2 -3 -4 3 3,6 -5 4 4,1 -6
1 3,6 -2 2 -4,7 -2 3 5,5 -3 4 7 -3

1). График зависимости j=j(r)

2). График зависимости j=j(ln r)

3). График зависимости E = E (r).

4). График зависимости E = E (1/r).

5). Эквипотенциальные линии.


6). Расчет линейной плотности t на электроде.

7). Задача №1.

L = 1м

8). Задача №2.

r1 = 5см, r2 = 8см, l = 0,1м

Задание №3. Исследование электростатического поля вокруг проводников.

Таблица №5.

j=j(x,y)

x

y

j=j(x,y)

x

y

j=j(x,y)

x

y

j=j(x,y)

x

y

1 -3,6 8 2 0,8 8 3 5,9 9 4 7,2 3
1 -3,7 7 2 0,7 7 3 5,7 8 4 5,9 2
1 -3,7 6 2 0,5 6 3 5,2 7 4 5,4 1
1 -4 5 2 0,3 5 3 4,7 6 4 5,2 0
1 -4,7 4 2 0,2 4 3 4,4 5 4 5,4 -1
1 -5 3 2 0,1 3 3 4,1 4 4 6,2 -2
1 -5,2 2 2 0,6 -3 3 3,9 3 4 7,6 -3
1 -5,2 1 2 0,7 -4 3 3,8 2
1 -5 0 2 1 -5 3 4,1 -2
1 -4,9 -1 2 1,2 -6 3 4,4 -3
1 -4,7 -2 2 1,4 -7 3 4,8 -4
1 -4,4 -3 2 1,5 -8 3 5,5 -5
1 -4,2 -4 2 1,6 -9 3 6 -6
1 -4 -5 3 6,7 -7
1 -3,7 -6 3 7,3 -8
1 -3,6 -7 3 7,7 -9

 

1). Потенциал на электродах: пластинке и втулке постоянен, то есть они являются эквипотенциальными поверхностями. Внутри полости потенциал также постоянен.

Таблица 6.

j=j(x,y)

x

y

1,97 -3 0
1,95 3 0
1,96 2 -1
1,95 -3 -2
1,95 0 0
1,96 -1 0

2). Распределение потенциала вдоль линии, охватывающей пластинку и расположенной на расстоянии

L = 3 мм от её края.


Таблица 7.

j=j(x,y)

x

y

3,05 4 0
1,2 -4,2 0
1,92 0 -2,5
1,99 0 2
1,5 -3 2,1
1,31 -3 -3
2,23 2 -2
2,3 2 15

3). Эквипотенциальные линии.

 

4). Определение средней напряженности поля в нескольких точках вдоль силовой линии.

.

а).

б).

в).

5). , .

 

Таблица 8.

X, см

y, см

s, Кл/м2

E, В/м

w, Дж/м3

4 0

3,24×10-9

366,6

5,95×10-7

-4,2 0

2,21×10-9

250

2,77×10-7

0 -5

8,85×10-11

10

4,43×10-10

0 2

1,18×10-10

13,3

7,82×10-10

-3 2,7

1,33×10-9

150

9,96×10-8

-3 -3

1,9×10-9

213

2,00×10-7

2 -2

8,23×10-10

93

3,80×10-8

2 1,5

1,02×10-9

116

5,95×10-8

 

 

 

 

Вывод. В ходе работы получены картины силовых и эквипотенциальных линий плоском и цилиндрическом конденсаторах, а также вокруг проводника, помещенного в электростатическое поле. Установлено, что проводники и полости внутри них в электростатическом поле являются эквипотенциальными поверхностями.

В плоском конденсаторе поле сосредоточено между пластинами, оно является однородным, а потенциал изменяется линейно.

В цилиндрическом конденсаторе поле также сосредоточено между пластинами, его напряженность обратно пропорциональна расстоянию от оси конденсатора до точки измерения. Потенциал изменяется логарифмически.

Поток вектора напряженности поля через коаксиальные с электродами цилиндрические поверхности постоянен, что совпадает с теоретическими предположениями (теорема Гаусса).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Информация о работе «Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны»
Раздел: Физика
Количество знаков с пробелами: 6584
Количество таблиц: 17
Количество изображений: 1

Похожие работы

Скачать
17536
9
48

... радиоизмерительных приборов, правилами их подключения к измеряемому объекту, методикой проведения измерений и оценкой их погрешностей.4 НГТУ Нижегородский Государственный Технический Университет. Лабораторная работа по физике №2-24.Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны Выполнил студент Группы 99 – ЭТУ Наумов Антон Николаевич Проверил:Н. ...

Скачать
44628
6
9

... принципиальное отличие. Это принципиальное отличие - насыщаемость химических связей в противовес абсолютной ненасыщаемости ван-дер-ваальсовых и ионных (по этому их часто тоже относят к физическим связям) взаимодействий. Водородные связи в отличие от ван-дер-ваальсовых (и ионных) взаимодействуют не со всеми молекулами конденсированной фазы (кристалл, расплав), а лишь с ближайшими соседями; однако в ...

Скачать
124882
1
0

... часто используют одновременно, что значительно расширяет возможности физиологических экспериментов. Эти системы можно комбинировать в различных вариантах. ЭЛЕКТРОДЫ В физиологических исследованиях электроды являются связующим звеном между объектом исследования и приборами. Они применяются для нанесения разряжения или регистрации (отведения) биоэлектрической активности клеток, тканей и ...

Скачать
52049
0
7

... (например, связующих наполнителей, пигменту лакокрасок); д) физическим (или физико-химическим) константам – твердости, температуры плавления, теплоемкости, электропроводности, плотности и т.п. 3.2. Методы и техника исследования состава и внутренней структуры объектов Методы криминалистического исследования могут классифицироваться в зависимости от характера изучаемых свойств для ...

0 комментариев


Наверх