Lab 38
VIZSGÁLAT elektrosztatikus mező
Cél - így a potenciál eloszlás az elektromos mezők szimulált elektrolitikus fürdő.
Műszerek és kiegészítők. tápegység, oszcilloszkóp. elektrolit fürdőben, egy sor elektródák.
Modellezése elektrosztatikus mezők
Mennyiségi jellemzőit az elektrosztatikus mező van: teljesítmény - térerősség; Energia - potenciális # 966; mezőben.
Elektrosztatikus mező mező által generált rögzített és nem változik az időben szerint a díj összegének.
szilárdság # 917; az elektrosztatikus mező egy vektor fizikai mennyiség, egyenlő az arány a ható erő a vizsgálat pozitív töltés Q pont, hogy a nagysága ezt a töltés:
Egység erőssége E = =.
Sense vektorok: ha q = +1, akkor E = F, azaz intenzitása E számszerűen egyenlő a ható erő egyetlen pozitív ponttöltés, elhelyezve egy adott ponton az elektrosztatikus mező. A térerősség függvényében a szuperpozíció elve. azaz feszültség létrejövő elektrosztatikus tér által létrehozott rendszer díjak, egyenlő a vektoriális összege térerősségek bármelyike által termelt elektromos töltés a rendszer egy adott pontban, azaz
ahol i - vektor az elektrosztatikus mező által termelt i-edik töltés.
potenciális # 966; pont az elektrosztatikus mező nevezzük skaláris fizikai mennyiség arány egyenlő a potenciális energia egy ponttöltés helyezünk el egy adott ponton a mező nagyságát ennek fejében:
mértékegység # 966; = [V].
potenciális # 966; mező bármelyikével előállított díjak határozzák meg a képlet
ahol ro - sugara vektor a fix pont, ahol a potenciális állandó és ismert, azaz a const.
A körülményektől függően a fizikai probléma ismeretlen const egy sugár vektor ro fogadja nulla vagy valamilyen értéket.
Vegyünk egy példát. Térerősség E ponton alakult pont díj
Behelyettesítve (5) be (4). Tekintettel arra, hogy a ro → ∞ const = 0, a potenciál a területen pont megegyezik az
Mivel ugyanazt a elektrosztatikus mező jellemzi két fizikai mennyiségek: intenzitás E és a potenciális # 966;. hogy a kettő között van mennyiségi kapcsolat, amely úgy definiálható, amelyet a képlet
A „-” jel azt jelzi, hogy az intenzitás vektor irányába mutató csökkenő potenciál. Egy derékszögű rendszer (7) felírható
ahol - az egység vektorok - a nyúlvánnyal rendelkezik minden tengelyen
potenciál gradiens. Ezért, a nyúlvány a vektor az x tengelyen egyenlő a
Geometriai jellemzői az elektrosztatikus mező a távvezetékek és az ekvipotenciális vonalak és felületek.
Távvezeték. vagy feszülés vonala nevezzük húzott vonal az elektrosztatikus térben, minden pontban, ahol az érintő egybeesik az intenzitás vektorral (ábra. 1).
Tulajdonságok távvezetékek
A erővonalak az elektrosztatikus mező nincs lezárva, a pozitív töltés indítása és befejezése a negatív, vagy menjen a végtelenbe vagy származik végtelen (ábra. 2 erővonalak vízszintes vonal jelzi).
A képzeletbeli felület (vagy vonal), az összes pontot, amelyeknek ugyanaz a potenciál, az úgynevezett ekvipotenciális. A egyenletnek formájában
# 966; (X, y, z) = const. (10)
Ábra. 2 ekvipotenciális vonalak láthatók szaggatott vonallal.
Tulajdonságok ekvipotenciális felületek
1. Amikor mozog a töltés mentén ekvipotenciális vonal (felszíni) a munkaerő az elektrosztatikus mező nulla.
2. Az erővonalak merőlegesen metszik az ekvipotenciális vonalak vagy felületek (ábrán. A 2. ábrán egy merőleges metszéspontja az ekvipotenciális vonalak és a teljesítmény).
Ekvipotenciális felületet (line) végezhető keresztül bármely pontján a pályát. Ez hozott elvégezni a felületre úgy, hogy a potenciális különbség a két szomszédos felület (vonalak) van mindenütt egy és ugyanaz. A megoldás erre a problémára nagymértékben egyszerűsíthető, ha az elektromos mező az elektródák szimulálására egyensúlyi (időállandó) elektromos mező az átfolyó áram az elektrolit, és a elektrométer helyett egy galvanométer. Ebben a vizsgálatban a szerzők nem elektrosztatikus mező elektród rendszert vákuum alá helyezzük, és a mező áramok előforduló az elektródok között a rendszer, ha azokat nem vákuumban, hanem egy teli edénybe gyengén elektrolitot (például csapvíz) - elektrolitikus fürdőben és csatolja a Ezek ugyanazok a potenciál.
Amint elmélet és a kísérlet, előforduló az elektrolit elektrolitikus aktuális mező egyezik a potenciál eloszlás az elektrosztatikus mező. Mérése a potenciál eloszlás az elektrolit lehet végezni egyszerűbb és megbízhatóbb módon, mint vákuumban.
A fizikai logikai egybeesés elektrosztatikus tereket és áramokat egy elektrolitikus field modell az, hogy homogén vezeték (ebben az esetben, az elektrolitban), valamint egy elektrosztatikus térbe által létrehozott elektród rendszer, nincsenek díjak társított. Ezért, ha az elektródák mindkét esetben, benyújtott azonos potenciálok és a vezetőképesség a közeg sokkal kisebb elektromos vezetőképesség elektróda anyagot (azonos peremfeltételek), az elektrosztatikus mező és a mező áramok kell egyeznie.
Megőrzése a személyazonosságát az elektrosztatikus mező és a gerjesztőáram az elektrolitikus fürdőben az szükséges, hogy az elektrolit homogén és alacsony vezetőképes. Használata heti elektrolitot fontos abban az értelemben, hogy ez folyik gyenge áramok, és ezért nem volt érzékelhető felmelegedés az elektrolit, amely is torzíthatja terén bekövetkezett változások miatt az elektromos vezetőképessége az elektrolit, amikor a hőmérséklet-változás.
Van egy másik ok, ami jelentős hibákat okozhat, ha dolgozik az elektrolitikus fürdő. Ez kapcsolatos a tér eltorzulása az elektrolitikus fürdőben hatása alatt a határfelületek (falak, alsó és a folyadék felszíne). Először is szükség van, hogy megszüntesse ezt a hatást azáltal, hogy az elektródákat, amennyire csak lehetséges, a határfelületek. De aztán, hogy a kísérlet volna építeni egy nagyon terjedelmes elektrolitikus fürdő, mely szintén a nagy kényelmetlenséget.
Kiderült, hogy ez a nehézség könnyen legyőzni, ha a mezők tanulmányozták szimmetria. Erre a célra, elektródok úgy vannak elrendezve, hogy a jelenlegi vonalak, amelyek fekszenek a szimmetriasík a területen, nem átlépte a határoló felülete, azaz a sík határoló felületek egybeesnek szimmetriasík a vizsgálati területen. Ezen körülmények között a határán felületi potenciál-eloszlás (például, a vízszintes felületeket az elektrolit) fog egyezni a potenciál eloszlás a szimmetriasíkjában a vizsgálati területen.
munkaterület telepítés
Működő telepítés, egy kapcsolási rajz, ábrán látható. 3 áll a fürdő elektrolittal töltött (csapvíz), csere elektródák A és B, amelyek mező modellezhető, a szonda a C elektród, N. oszcilloszkóp potenciométer R és stepdown Tr transzformátor.
Ebben a munkában vagyunk szimulált területén ellenkezőjét díjak (rúdföldelôkkel A és B), vagy a lapos kondenzátor doboz (lemez elektródok az A és B), vagy egy henger alakú kondenzátort doboz (hengeres elektródok az A és B).
A váltakozó feszültség a szekunder tekercs a Tr transzformátor juttatunk potenciométer R és az elektródok az A és B. A csúszkát a potenciométer R szolgáltatott váltakozó feszültség, hogy az „Y” bemenete az oszcilloszkóp kapocsra N. „# 9524,”, amely össze van kötve szonda elektród S.
Potenciométer R viselkedik, mint egy feszültségosztó és beállítani a potenciális az ekvipotenciális vonalak szükséges. N oszcilloszkópot mérésére közötti potenciálkülönbség a szonda elektród és R. C. Ha egyezés motort a motor, és a szonda elektród potenciál képet az oszcilloszkópon N lesz egy egyenes vízszintes vonal, és ha ki dörzsár zsugorodnak egy pontot az X tengelyen.
Így, ebben a munkában a oszcilloszkóp null mutató és pontosan meghatározni a potenciált az ekvipotenciális vonalak.
Annak megállapításához, a kapacitás a motor, és így lehetséges az ekvipotenciális vonalak van ellátva potenciométer skála.
Kiszámítása a térerősség és a potenciális
Meghatározása ekvipotenciális vonal potenciális
Mivel a kvázi-stacioner mezők szimuláló elektrosztatikus mező az aktuális kérdés az elektródák polaritását A és B jelentése a hagyományos, azt feltételezzük, hogy a bal oldali elektróda Egy negatív potenciál és a megfelelő B - pozitív (4. ábra).
Mi található a potenciális # 966; az i # 943; th ekvipotenciális vonalat. Állítsa egyenlő potenciálja a negatív elektród, és a potenciális -0,5 U. pozitív +0,5 U (U - adott feszültséget az elektródák A és R potenciométer).
A közötti potenciálkülönbség az i-edik sorban, és az elektróda egy a formája # 966; i + 1
és az elektródok között az A és B
Másrészt, az ellenállás egy vezető arányos a hosszával, azaz R =. Mivel ez a kifejezést átírható (11) egyenlet
Itt li L - hossza AC és AB-nak önkényes egységekben, ill. Tekintettel arra, (11), (12) # 966; A = -0,5 U. megkapjuk
Ehhez set egyenlő U = 12 V.
Meghatározása az elektrosztatikus tér
Ahhoz, hogy megtalálja a térerősség a ponton N közötti az i-edik és i + 1-edik ekvipotenciális vonalak, használja a képlet
ahol E - átlagos közötti feszültség az i-edik és i + 1-edik vonalak, egy ponton N (4. ábra). Ui + 1. i = # 966; i - # 966; i + 1 - közötti potenciálkülönbség az i-edik és i + 1-edik ekvipotenciális vonalak; N, i, i + 1 - a legrövidebb távolság közötti ezeket a sorokat.
Használata képlet (13) kaphat egy kifejezés a potenciális különbség
amelyben meg kell tenni (14). Egy értéket N, i, i + 1 mérjük vonalas rajz a kiválasztott skála.
Kapacitás meghatározásához egy adott pont
potenciális # 966; d mező pont között helyezkedik el az i-edik
és az i + 1 edik ekvipotenciális vonalak egyenlő
Itt E képlet határozza meg (14); N - normál intervallum, csökken a d pont a i-edik sorban, mérve egy vonalzóval, figyelembe véve a kiválasztott skála.
haladás
1. Összeállítás az áramkör ábra szerinti. 3, hogy töltse elektrolit fürdőben (csapvíz).
2. egy lapon milliméterpapíron választani a skála és előkészíti a háló, minden egyes pár elektróda A és B a megfelelő léptékű. Hagyományosan egy mínusz jelet „-” van rendelve az elektróda csatlakozik a terminál elejétől a potenciométer skála, azaz A pont (3.).
3. Állítsa be a potenciométerrel R, az 1. osztály.
4. Mozgassa a szonda elektród G (lásd. 3. ábra) a fürdőben, amíg a függőleges vonal az oszcilloszkópon képernyőn összenyomódik, hogy a pont (oszcilloszkópon sweep generátor le kell választani). A betakarított rács alkalmazott pozíciókoordinátáinak a szonda S. A hiánya feszültség az oszcilloszkóp bemeneti jelenti, mint fentebb megjegyeztük, hogy a potenciális a szonda C, és így a pont, ahol ez volt egyenlő a potenciális potenciométer R.
5. megváltoztatása nélkül potenciométer helyzetben R. További 9-10 pont ugyanazzal a potenciális # 966;. Csatlakozás Point pont vonal, akkor ekvipotenciális vonalat. Probe C csak érintse a vízfelszínt, és függőlegesen.
6. Egymás mozgó csúszka potenciométer R a következő csoport, az igénypontok szerint. 4, 5, építeni a rácsot az összes többi lehetséges vonalak. Így a rács leképezendő elektrosztatikus által kialakított tér az elektródok az A és B a síkban az elektrolit felülete, és ezért a potenciál-eloszlás talált # 966; = # 966; (X, Y).
7. Alkalmazni minden sor kapacitás értéket képlettel számítjuk ki (13).
8. változtatásával az elektródok az A és a másik, hogy szimulálja elektromos mező elektródák.
9. Határozzuk meg a lehetséges és térerősség 4-5 önkényesen kiválasztott vagy előre meghatározott pont az egyik professzor szimulált mezők. Összhangban a kiválasztott skála, és az így kiszámított értékeket sorsolás feszültségek kijelölt pontjain a vektor.
A kapott eredményeket, a táblázatban. jeleznie kell az asztalra valamilyen helyszíni méréseket végeztek.
Megjegyzés. Annak megállapítására, a hossza a normals Ni + 1, és n értékét úgy kell tekinteni zoom.