Отчет по лабораторной работе № 2-24

Нижегородский государственный
технический университет имени Р.Е. Алексеева
кафедра «ФТОС»
Отчет по лабораторной работе № 2-24
«Экспериментальные исследования электрических полей
с помощью электролитической ванны»
(Рабочая тетрадь для студентов вечерней и заочной форм обучения)
Работу выполнил
Студент группы
Работу принял
г. Нижний Новгород
20
г.
Цель работы:
1. Теоретическая часть
2
2. Экспериментальная часть
Схема экспериментальной установки
1
П
U S
5
2 V
3
4
Приборы и материалы:
Исходные данные и табличные величины:
U=5В
ε0 = 8,85∙10-12 Ф/м
π = 3,14
2.1 Исследование электростатического поля плоского конденсатора
(координаты пластин x1 и x2 задаются преподавателем)
x1 =
, x2 =
, d = x2 - x1 =
y,см
x, см
0
x1
x2
d
2.1.1 Зависимость потенциала от координаты φ(х)
Результаты измерений
x, см
φ, В
-9,0 -8,0 -7,0 -6,0 -5,0 -4,0 -3,0 -2,0 -1,0 0
3
1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0
По результатам измерений построить график зависимости φ(х)
График зависимости φ(х)
2.1.2 Графическим дифференцированием (см. приложение в методическом указании по лабораторной работе) рассчитать зависимость E = E(х) (результаты расчетов
записать с точностью до 0,1 В/м):
При
при
при
По результатам расчетов построить график зависимости E(х).
График зависимости E(х)
2.1.3 Картина эквипотенциальных и силовых линий.
Результаты измерений четырех эквипотенциальных линий с потенциалами φ = 1В,
2В, 3В, 4В. Для каждой линии необходимо определить не менее 9 точек.
4
Таблицы результатов измерений:
φ = 1В
φ = 2В
х, см у, см
х, см у, см
φ = 3В
х, см у, см
φ = 4В
х, см у, см
По результатам измерений построить картину эквипотенциальных и силовых линий электрического поля в плоском конденсаторе. На рисунке указать потенциалы
электродов и эквипотенциальных линий, направление силовых линий поля.
Картина эквипотенциальных и силовых линий
5
2.1.4 Расчет характеристик плоского конденсатора:
(считать площадь пластин S = 1м2, расстояние между пластинами d =
a) емкость конденсатора
б) заряд на пластине
,
C=
,
q=
в) поверхностная плотность заряда
,
σ=
г) энергия электрического поля
,
W=
д) объемная плотность энергии поля
е) сила притяжения пластин
)
, w=
,
F=
2.1.5 Расчет потока вектора напряженности через плоскую поверхность (S = 1м2),
наклоненную под углом α = 30о к силовым линиям поля
+
=
(отметить угол на графике)
S
α
Ф=
2.2 Исследование электростатического поля цилиндрического конденсатора
Указать радиусы малого а =
электродов (в миллиметрах);
потенциалы электродов φa =
и большого b =
a
b
, φb =
(в вольтах)
2.2.1 Зависимость потенциала от координаты φ(r)
Результаты измерений:
за пределами электродов при r < a и r > b шаг r = 1 см
r, см
φ, В
6
между электродами a r
r, см
b шаг r = 0,5 см
φ, В
По результатам измерений построить графики зависимостей φ(r) и φ(
График зависимости φ(r);
7
).
График зависимости φ(
).
2.2.2 Расчет зависимости напряженности E(r) c помощью графического дифференцирования (см. приложение).
Привести все расчеты (результаты расчетов записать с точностью до 0,1 В/м):
8
Результаты расчетов занести в таблицу и построить график зависимости E(r):
r, см
E, В/м
График зависимости E(r)
9
2.2.3 Картина эквипотенциальных и силовых линий
Результаты измерений четырех эквипотенциальных линий с потенциалами φ = 1В,
2В, 3В, 4В. Для каждой линии необходимо определить не менее 12 точек.
φ = 1В
х, см у, см
φ = 2В
х, см у, см
φ = 3В
х, см у, см
10
φ = 4В
х, см у, см
Картина эквипотенциальных и силовых линий
2.2.4 Расчет характеристик цилиндрического конденсатора (принять L=1м):
а) линейная плотность заряда на электроде
отношение
определяется из графика φ(
,
) по тангенсу угла наклона получен-
ной прямой,
=
=
б) емкость конденсатора
;
,
C=
11
в) энергия электрического поля
,
г) объемная плотность энергии поля
W=
,
(значение напряженности в любой точке поля взять из графика E(r)),
r=
, E(r) =
,w=
2.2.5 Расчет потоков вектора через коаксиальные с электродами цилиндрические
поверхности радиусов r1= 5 см, r2= 8 см и длины L = 1 м:
(значения полей E1,2 взять с графика E(r)),
=
=
Проанализировать полученные результаты:
3. Выводы
12
4. Контрольные вопросы
1.Электрический заряд. Закон сохранения заряда.
2. Закон Кулона. Напряженность и потенциал электрического поля. Связь между
ними.
3. Поле точечного заряда. Расчет напряженности и потенциала с помощью принципа суперпозиции.
4. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема ОстроградскогоГаусса.
5. Расчет поля равномерно заряженных тел:
а) плоскости, двух плоскостей (плоский конденсатор),
б) сферы,
в) шара,
г) бесконечно длинных нити и цилиндра.
6. Понятие емкости. Емкость плоского и цилиндрического конденсаторов. Соединение конденсаторов.
7. Энергия и плотность энергии электрического поля.
8. Метод моделирования электростатических полей в электролитической ванне.
13