Лабораторная работа № 2-1

2. Описание экспериментальной установки

При конструировании электронных ламп, конденсаторов, электронных линз и других приборов часто требуется знать распределение электрического поля в пространстве, заключенном между электродами сложной формы. Аналитический расчет поля удается только при самых простых конфигурациях электродов, а для более сложных - невыполним. Поэтому сложные электростатические поля исследуются экспериментально или моделируются специальными математическими методами. Для экспериментальных исследований часто пользуются электролитической ванной, заполненной слабым электролитом или ванной, заполненной влажным песком, в которой расположены электроды, соединенные с источником постоянного или переменного тока.

Замена непроводящей среды (изолятора), в которой находятся заряженные электроды, на проводящую, может изменить распределение электростатического поля. При слабых токах распределение плотности тока в электролитической ванне с достаточной точностью воспроизводит распределение поля в непроводящей среде (в вакууме или в воздухе), при том же расположении электродов. Обычно в электролитической ванне производится измерение не вектора напряженности поля, а электрических потенциалов. Для измерений в жидкость или влажный песок вводят зонды - тонкие металлические проволоки, соединенные с измерительной аппаратурой. Введение во влажный песок (или в электролит) металлических проводников - зондов изменяет распределение поля в жидкости, так как вдоль зонда принудительно устанавливается одинаковый электрический потенциал. Измерительные зонды не вызывают искажений лишь в том случае, если они расположены вдоль линий с одинаковым потенциалом.

3. Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с экспериментальной установкой, электрическая схема которой приведена на рис.5.

1) ванна с песком; 2) источник питания; 3) вольтметр; 4а) и 46) электроды; 5) зонд с проводом.

2.Увлажнить и разровнять песок. Установить электроды по указанию преподавателя.
3.Включить источник электрического тока 2, и, коснувшись зондом электрода 4б, убедиться в наличии разности потенциалов между электродами 4а и 4б.
4.С помощью зонда найти на песке точки, имеющие одинаковую разность потенциалов Δφ. Исследование провести на расстоянии 2-3 см от электрода 4а. Занести измеренное значение потенциала Δφ в таблицу 1. Получить первую эквипотенциальную линию, соединением полученных точек (число точек для одной линии не менее 8-10).
5.Повторить пункт 4, отступая каждый раз на 3-4 см в направлении электрода 4б. Получить не менее 5 эквипотенциальных линий. Записать соответствующие разности потенциалов в таблицу 1. Показать результаты преподавателю.
6.Перерисовать рисунок в тетрадь с указанием потенциалов, полученных эквипотенциальных линий и расстояний между силовыми линиями. Провести не менее пяти силовых линий.
7.В точках, указанных преподавателем, рассчитать напряженность электростатического поля по следующей методике.
8.Определить номера эквипотенциальных линий, между которыми лежит заданная точка.
9.Провести через точку часть силовой линии, соединяющую эти эквипотенциальные линии.
10.Определить длину выбранного участка силовой линии L.