Материал: 2863

1 и 2. Вольтметр V измеряет разность потенциалов между электродом А и точкой D.

Если зонд C поместить в такую точку ванны, потенциал которой равен потенциалу точки D , то разность потенциалов на участке цепи CD равна нулю и ток через гальванометр отсутствует. Поэтому, перемещая зонд по ванне, можно найти такие его положения, в которых ток через гальванометр равен нулю, а следовательно, определить множество точек, имеющих одинаковый потенциал с точкой D . Соединив найденные таким образом точки плавной линией, можно построить эквипотенциальную линию.

Переместив движок D в новое положение, т.е. изменив потенциал точки D относительно электрода A, можно найти и построить другую эквипотенциальную линию, соответствующую другому значению потенциала.

Координаты точек поля отсчитываются по координатной сетке, расположенной на дне электролитической ванны.

Результатом измерений является графическое изображение эквипотенциальных линий и проведенных ортогонально к ним силовых линий. Один из возможных результатов измерений показан на рис. 4.

Приборы и принадлежности: электролитическая ванна с водой, выпрямитель, гальванометр, вольтметр, электроды, зонд.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Заполните табл. 1 характеристик вольтметра.

2.В масштабе 1:2 начертите координатную сетку, подобную сетке на дне электролитической ванны. Изобразите на ней положение электродов A и B . (Электроды могут быть различной формы.)

3.Проверьте правильность подключения проводов согласно рис. 3. После проверки схемы преподавателем включите выпрямитель в сеть 220 B. От выпрямителя на ванну подается постоянное напряжение U , значение которого указано на установке.

4.Движком потенциометра установите первое из необходимых значений разности потенциалов между точками A и D , которое задается преподавателем или вариантом индивидуального задания.

5.С помощью зонда найдите 6-8 точек поля, имеющих одинаковый потенциал, и нанесите их на график в журнале.

6.Руководствуясь правилами построения графиков, проведите по точкам плавную кривую - эквипотенциальную линию. Считая потенциал электрода A равным нулю, укажите на проведенной кривой значение потенциала, которому она соответствует.

7.Проведите измерения, указанные в пунктах 5-6, для всех других разностей потенциалов между точками A и D согласно полученному заданию.

8.Проведите 5-7 силовых линий в виде плавных кривых, перпендикулярных к эквипотенциальным линиям и приблизительно равномерно расположенных в области между электродами (пример показан на рис. 4).

9.Для силовых линий, указанных преподавателем или вариантом индивидуального задания, по формуле (9) рассчитайте среднее значение напряженности электростатического поля на участке между всеми пересекающими силовую линию эквипотенциальными поверхностями. Полученные значения укажите в соответствующих местах на графике в виде

надписей под изображениями векторов Е , нарисованных в масштабе. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое напряженность электрического поля?

2.Как направлен вектор напряженности электростатического поля?

3.Что такое потенциал?

4.Что определяют: а) силовые линии, б) эквипотенциальные поверхности?

5.Что такое градиент потенциала? Как он связан с разностью потенциалов?

6.Какая работа совершается при перемещении заряда в электростатическом поле: а) между точками одной эквипотенциальной поверхности; б) между точками на силовой линии; в) между двумя точками, лежащими на различных эквипотенциальных поверхностях; г) по замкнутой траектории?

7.Являются ли силы электростатического поля консервативными?

8.Как моделируется электростатическое поле в данной работе?

9.При каких положениях зонда ток в цепи гальванометра отсутствует?

10.Чему соответствуют показания вольтметра? Как они используются при обработке результатов работы?

Библиографический список

1.Трофимова Т.И. Курс физики, 2000, §§ 79, 80, 84, 85.

2.Калашников Н.П., Смондырев М.А. Основы физики, т.1, 2003, §§ 10.3–10.5, 10.11–10.13.

Лабораторная работа 4.3 (21)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Цель работы: изучение законов постоянного тока; исследование зависимости коэффициента полезного действия источника тока от внешнего сопротивления.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МИНИМУМ

Постоянный электрический ток

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц. Различают конвекционный ток и ток проводимости.

Конвекционным током называется ток, который осуществляется движением заряженного макроскопического тела.

Током проводимости называется упорядоченное движение свободных зарядов. Свободными называются заряды, которые способны перемещаться на любые расстояния в пределах данного тела. Примерами тока проводимости являются токи в металлах, полупроводниках, электролитах, ионизированных газах, плазме, пучки электронов или ионов в вакууме. Необходимыми и достаточными условиями существования тока проводимости являются:

-наличие свободных зарядов;

-наличие силы, действующей на свободные заряды в определенном направлении (чаще всего, источником такой силы является электрическое

поле).

За направление электрического тока принято направление движения положительного заряда.

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока, которая равна заряду, переносимому через рассматриваемую поверхность за единицу времени.

Если сила тока и его направление не изменяются с течением времени, то электрический ток называется постоянным. Для постоянного тока

t

Сила тока I – это интегральная характеристика, которая характеризует величину заряда q , прошедшего через всю рассматриваемую поверхность S . Для описания силы тока и направления движения зарядов в каждой точке

рассматриваемой поверхности вводится вектор плотности тока, который

рассматриваемой точке. Для постоянного тока I в проводнике с площадью поперечного сечения S модуль плотности тока проводимости

S

Сопротивление проводников

Сопротивление – скалярная физическая величина, которая характеризует способность тела препятствовать протеканию электрического тока.

Сопротивление зависит от материала и геометрии проводника. Например, сопротивление однородного цилиндрического проводника длиной l и площадью поперечного сечения S определяется по формуле

где ρ - удельное электрическое сопротивление, зависящее от рода материала и

Электродвижущая сила

Для поддержания тока проводимости необходимо действие на носители тока не только кулоновских (электростатических) сил, но и некоторых сторонних сил. Источник сторонних сил так же необходим для создания электрического тока, как необходим насос для создания длительного движения жидкости в замкнутом трубопроводе. Роль насоса в электрической цепи играет источник электрического тока. Под действием сторонних сил носители тока движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, так что на концах внешней цепи поддерживается постоянная разность потенциалов, и в цепи длительное время течет электрический ток. Такие силы действуют в гальванических элементах, аккумуляторах, генераторах и т.п.

Перемещая заряды, сторонние силы совершают работу Aстор за счет

энергии источника тока. В генераторах – это механическая энергия, в гальванических элементах – это энергия химических реакций на электродах.