 |
 |
 |
|
|||||||||
|
 | |||||||||||
|
 |
||||||||
|
МЕНЮ
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны (№24)Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны (№24)Нижегородский Государственный Технический Университет.
Лабораторная работа по физике №2-24. Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны Выполнил студентГруппы 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.
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).
 |
НОВОСТИ | |
| Изменения | ||
| Прошла модернизация движка, изменение дизайна и переезд на новый более качественный сервер | ||
|
СЧЕТЧИК | |
| БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА | ||
 |
© 2010 | |