Електричне поле

Схема досліду

У цьому досліді учні мають ознайомитися з поняттями «еквіпотенціальна лінія» та «силова лінія» на прикладі однорідного електричного поля.

Спочатку учні визначають п'ять еквіпотенціальних ліній цього електричного поля, а потім у межах опрацювання результатів будують відповідну картину силових ліній.

Попередні знання

Перед виконанням досліду учні мають знати, що електрична напруга відповідає різниці потенціалів між двома точками електричного поля.

Принцип

Прикладання електричної напруги до двох електродів (анода, катод) утворює електричне поле, яке діє електричною силою на заряджені пробні тіла. Це поле виявляється у вигляді різних рівнів потенціалу, які можна зробити видимими.

Навчальна мета

На цьому досліді учні мають побачити, якої форми набуває електричне поле.

Завдання

Дослідь електричне поле, яке створюється прикладанням електричної напруги між двома паралельними стрижневими електродами:

1. Виміряй розподіл потенціалу між двома електродами і визнач лінії однакового потенціалу (еквіпотенціальні лінії).
2. З'ясуй, як проходять силові лінії електричного поля.

Електричне поле - це фізичне поле, яке діє на електричні заряди силою Кулона. Як векторне поле воно через просторовий розподіл напруженості електричного поля описує значення й напрям цієї сили для кожної точки простору. Електричні поля спричиняють електричні заряди, а також зміни магнітних полів із часом.

Властивості електричного поля разом із властивостями магнітного поля описують рівняння Максвелла.

Щоб скласти уявлення про дослідну установку, подивись на рис. 1.

Готуючись до цього досліду, дій так:

• Постав обидва універсальні тримачі на перфоровану плиту так, щоб полікарбонатна пластина якраз вміщалася між ними (рис. 2).

Рис. 1

Рис. 2

• Повністю викрути гвинти з обох тримачів, а потім прикрути ними тримач електродів до тримачів (рис. 3-4).
• Виріж шматок копіювального паперу розміром 130 мм x 100 мм і поклади його на полікарбонатну пластину (рис. 5-6).

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 6

Рис. 5

• Поклади обидва стрижневі електроди паралельно один до одного під зовнішні гвинти з накаткою. Один стрижневий електрод має паз. Поверни електрод так, щоб паз був спрямований від іншого електрода (рис. 7).
• Рівномірно притисни обидва електроди, обертаючи гвинти (рис. 8).

Рис. 7

Рис. 8

• Потім обведи контури електродів на копіювальному папері, трохи відпусти гвинти з накаткою і ще раз витягни копіювальний папір (рис. 9).
• Ретельно зафарбуй позначені ділянки м'яким олівцем (рис. 10). Завдяки графіту олівця між електродами й копіювальним папером створюється кращий контакт, тож при подаванні напруги на електроди у провідному копіювальному папері поширюється вимірне електричне поле.

Рис. 9

Рис. 10

• Посунь копіювальний папір назад у початкове положення, знову постав електроди на тепер замальовані ділянки і притисни їх гвинтами з накаткою до копіювального паперу (рис. 7-8).
• З'єднай обидва електроди з виходами блока живлення (рис. 11).

Рис. 11

• З'єднай цифровий мультиметр і з виходом (0 В) блока живлення, і зі спицею (рис. 12-13).
• Щойно на копіювальному папері з'явиться електричне поле і спиця торкнеться паперу, вимірювальний прилад вимірює напругу між точкою дотику та приєднаним виходом блока живлення. Якщо цей вихід має 0 В, то виміряна напруга дорівнює потенціалу в точці дотику.
• Нагадаємо: електрична напруга відповідає різниці потенціалів між двома точками.

Рис. 12

Рис. 13

• Увімкни блок живлення і встанови постійну напругу 10 В. Притули вістря спиці до обох електродів і перевір, чи їхні значення потенціалу становлять 0 В і 10 В відповідно (рис. 14-15).
• Якщо буде потрібно, зміни встановлену постійну напругу на блоці живлення.

Рис. 14

Рис. 15

• Для різних значень потенціалу знайди на копіювальному папері по вісім точок, які мають це значення потенціалу (рис. 16). Для цього обмацуй копіювальний папір вістрям спиці й познач точки олівцем. Почни зі значення потенціалу 1 В і далі рухайся кроками по 2 В.
• Після завершення вимірювання послаб гвинти й витягни копіювальний папір.

Рис. 16