Неоднорідне електричне поле (поле диполя)

Схема досліду

У цьому досліді учні досліджують електричне поле між двома круговими електродами.

Це поле відповідає полю притягання двох точкових зарядів. Його називають також статичним полем диполя, і тут воно править за приклад неоднорідного поля.

Попередні знання

Перед виконанням досліду учні мають бути обізнані з еквіпотенціальними лініями та картиною силових ліній. Їм має бути відомо, що електрична напруга відповідає різниці потенціалів між двома точками електричного поля і що таке поле утворюється прикладанням напруги між двома електродами. Передбачається, що учні знають: у картині силових ліній відстань між лініями є мірою напруженості електричного поля, тобто величини електричної сили.

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 підставі досліду учні мають з'ясувати, якої форми набуває неоднорідне електричне поле.

Завдання

Досліди електричне поле, яке утворюється прикладанням електричної напруги між двома круговими електродами. Для цього визнач еквіпотенціальні лінії електричного поля між обома електродами й виведи з них хід силових ліній.

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. 5

Рис. 6

• Поклади обидві кругові електроди під зовнішні гвинти з накатаною головкою. Рівномірно притисни їх, обертаючи гвинти.

Рис. 7

• Після цього обведи контури електродів на копіювальному папері, трохи послаб гвинти з накатаною головкою і ще раз витягни копіювальний папір (рис. 8).
• Ретельно замалюй позначені ділянки м'яким олівцем (рис. 9). Завдяки графіту олівця між електродами й копіювальним папером виникає кращий контакт, тож, коли до електродів прикладають напругу, у провідному копіювальному папері поширюється вимірне електричне поле.

Рис. 8

Рис. 9

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

Рис. 10

• З'єднай цифровий мультиметр і з виходом (0 В) блока живлення, і зі спицею (рис. 10-11).
• 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. 11

• 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 (рис. 12-13).
• Якщо буде потрібно, зміни встановлену постійну напругу на блоці живлення.

Рис. 12

Рис. 13

• Знайди для різних значень потенціалу по вісім точок на копіювальному папері, які мають це значення потенціалу. Для цього обмацуй копіювальний папір вістрям спиці й позначай точки олівцем (рис. 14). Почни зі значення потенціалу 1 В і далі рухайся кроками по 2 В.
• Після завершення вимірювання послаб гвинти й витягни копіювальний папір.

Рис. 14