close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Экспериментальные исследования электростатических полей с помощью электролитической ванны (№24)

код для вставкиСкачать
Aвтор: Наумов Антон Николаевич, студент Примечание:лабораторные работы по физике которые будут особенно интересны студента из Нижнего Новгорода, которые учатся в НГТУ. Работы пронумерованы так, как они даются преподавателем на лабах, просьба их не м
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 , 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  от расстояния.
 =  (x),Вxy =  (x),Вxy =  (x),Вxy =  (x),Вxy0-1101,38-502,88104,34700,14-1001,62-403,13204,57800,37-901,88-303,40304,8900,62-802,14-203,65404,991000,82-702,37-103,88504,991100,1-602,64004,1060
Таблица 2. Эквипотенциальные линии.
 =  (x),Вxy =  (x),Вxy =  (x),Вxy =  (x),Вxy1-5,792-1,6932,6946,691-5,862-1,5632,5646,461-5,732-1,5232,5346,531-5,702-1,5032,5046,501-5,7-32-1,5-332,6-346,5-31-5,7-62-1,5-632,6-646,5-61-5,8-92-1,5-932,6-946,5-9
Обработка результатов измерений.
1). График зависимости .
2). Зависимость .
при x<0 при при x>x2 3). Погрешность измерения Е:
.
Е = (Е  Е) = (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 r),Вr,смr),Вr,см0,0602,8460,0513,6570,0524,3280,0534,8590,8244,86101,965
Таблица 4. Эквипотенциальные линии.
(x,y)xy(x,y)xy(x,y)xy(x,y)xy14024,9036,2047,4013,5224,6235,5346,9312,6323433,6544,56103,9205306,2407,61-2,632-3,143-3,754-731-3,622-4,723-5,534-4,761-4,202-5,103-6,304-7,601-3,7-22-4,8-23-5,3-34-6,8-31-2,9-32-3,2-43-3,6-54-4-610-420-5,130-6,240-7,512,8-32-3-433,6-544,1-613,6-22-4,7-235,5-347-3
1). График зависимости r) 2). График зависимости ln r)
3). График зависимости E = E (r).
4). График зависимости E = E (1/r).
5). Эквипотенциальные линии.
6). Расчет линейной плотности  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.
(x,y)xy(x,y)xy(x,y)xy(x,y)xy1-3,6820,8835,9947,231-3,7720,7735,7845,921-3,7620,5635,2745,411-4520,3534,7645,201-4,7420,2434,4545,4-11-5320,1334,1446,2-21-5,2220,6-333,9347,6-31-5,2120,7-433,821-5021-534,1-21-4,9-121,2-634,4-31-4,7-221,4-734,8-41-4,4-321,5-835,5-51-4,2-421,6-936-61-4-536,7-71-3,7-637,3-81-3,6-737,7-9
1). Потенциал на электродах: пластинке и втулке постоянен, то есть они являются эквипотенциальными поверхностями. Внутри полости потенциал также постоянен.
Таблица 6.
(x,y)xy1,97-301,95301,962-11,95-3-21,95001,96-10
2). Распределение потенциала вдоль линии, охватывающей пластинку и расположенной на расстоянии L = 3 мм от её края.
Таблица 7.
(x,y)xy3,05401,2-4,201,920-2,51,99021,5-32,11,31-3-32,232-22,3215
3). Эквипотенциальные линии.
4). Определение средней напряженности поля в нескольких точках вдоль силовой линии.
.
а). б). в). 5). , .
Таблица 8.
X, смy, см, Кл/м2E, В/м, Дж/м3403,2410-9366,65,9510-7-4,202,2110-92502,7710-70-58,8510-11104,4310-10021,1810-1013,37,8210-10-32,71,3310-91509,9610-8-3-31,910-92132,0010-72-28,2310-10933,8010-821,51,0210-91165,95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). НГТУ
2
Документ
Категория
Физика
Просмотров
465
Размер файла
262 Кб
Теги
лабораторная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа