Напруженість електричного поля

Схема досліду

У цьому досліді учні мають простежити, як поводиться однорідне електричне поле між двома стрижневими електродами, коли змінювати напругу між цими двома електродами.

Вони роблять висновки за еквіпотенціальними лініями, креслять картину силових ліній для двох значень напруги і опановують поняття напруженості електричного поля.

Попередні знання

Перед виконанням досліду учні мають бути обізнані з еквіпотенціальними лініями та картиною силових ліній. Вони мають знати, що електрична напруга відповідає різниці потенціалів між двома точками електричного поля і що таке поле утворюється, коли між двома електродами прикладають напругу. Крім того, передбачається, що в механіці вже обговорено зв'язки між роботою, силою і шляхом.

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

Учні мають на основі досліду розпізнати, якої форми набуває електричне поле.

Завдання

Дослідь, як змінюється однорідне електричне поле між двома паралельними стрижневими електродами, коли переставляти напругу на електродах.

1. Спочатку визнач еквіпотенціальні лінії електричного поля між двома електродами для двох різних значень напруги.
2. З'ясуй поняття напруженості електричного поля і простеж, як ця величина поля поводиться при зміненій напрузі.

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. 5

Рис. 4

Рис. 6

• Поклади обидві стрижневі електроди паралельно одна одній під зовнішні гвинти з накаткою. Одна стрижнева електрода має паз. Поверни електроду так, щоб паз був спрямований від другої електроди (рис. 7).
• Рівномірно притисни обидві електроди, закручуючи 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

• Засунь копіювальний папір назад у його початкове положення, постав електроди знову на зафарбовані тепер ділянки і міцно притисни їх гвинтами з накаткою до копіювального паперу (рис. 7-8).
• З'єднай обидві 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 виникне електричне поле, а спиця торкнеться паперу, вимірювальний прилад вимірює напругу між точкою дотику і приєднаним виходом блока живлення. Якщо цей вихід має 0 В, то виміряна напруга відповідає 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. Притисни вістря спиці до обох електродів і перевір, чи становлять значення їхніх потенціалів 0 В і 10 В відповідно (рис. 14-15). Якщо буде потрібно, зміни встановлену на блоці живлення постійну напругу.
• Для різних значень потенціалу знайди на копіювальному папері по вісім точок, які мають це значення потенціалу. Для цього обмацуй копіювальний папір вістрям спиці й познач точки маленькими кружечками, накресленими олівцем (рис. 16). Виконай це для значень потенціалу 1 В, 3 В і 5 В.

Рис. 14

Рис. 15

• Тепер переведи постійну напругу на 5 В і знову проконтролюй, що електроди мають потенціал 0 В і 5 В відповідно (рис. 14-15).
• Для значень потенціалу 1 В і 3 В знайди на копіювальному папері по вісім точок і познач ці точки теж олівцем (рис. 16). Цього разу використовуй маленькі хрестики замість кружечків.
• Після завершення вимірювань на двох електричних полях відпусти гвинти і витягни копіювальний папір.

Рис. 16