Закон Кулона

Метод электролитического моделирования

Точное измерение потенциала точек электростатического поля представляет собой трудную экспериментальную задачу. Поэтому свойства электростатического поля между заряженными проводниками определяют, изучая другое поле – поле тока в проводящей среде с теми же проводниками. Электрический ток характеризуется вектором плотности тока , который численно равен заряду, перенесенному в единицу времени через единичную площадку, расположенную нормально к направлению движения зарядов. Направлен вектор плотности тока в сторону движения положительных зарядов. Т.е. направление вектора плотности тока и вектора напряженности электрического поля совпадают. Связь между этими векторами: - это закон Ома в дифференциальной форме, где - вектор плотности тока, а - удельная электропроводность.

Метод изучения электростатического поля созданием эквивалентного ему поля тока называется моделированием электростатического поля

Так как в качестве проводящей среды для создания поля токов обычно используется электролит, то этот метод носит название электролитического моделирования.

В данной работе можно изучать поле между электродами различной конфигурации. Электроды погружаются в стеклянную ванну, наполненную раствором соли в воде, который является слабым электролитом. Слабая проводимость среды, в которой создается поле, необходима для того, чтобы избежать искажения поля вследствие разогрева, неизбежного при больших значениях токов. Электроды подключают к крайним точкам потенциометра, который питается от источника питания (Рис. 3). Разность потенциалов измеряется вольтметром V, внутреннее сопротивление которого должно быть больше сопротивления потенциометра и участка электролита между электродами. Ток в цепи “зонд-движок” регистрируется чувствительным гальванометром (микроамперметром). Координаты точек эквипотенциальных поверхностей определяют по координатной сетке, нанесенной на дно ванны. На характер поля в ванной существенно влияет неоднородность среды в ней. Чтобы уменьшить искажение поля, нужно брать ванну больших размеров.

Рис.3. Схема экспериментальной установки

Для любого положения скользящего контакта потенциометра можно найти такую точку в электролите, которая будет иметь потенциал, равный потенциалу, установленному на потенциометре. При выполнении этого условия отсутствует ток в гальванометре. Перемещая зонд вверх – вниз и влево – вправо по дну ванны, можно найти множество точек с одинаковым потенциалом, совокупность которых образует эквипотенциальную поверхность.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать электрическую цепь по схеме, изображенной на рис. 3.

2. Включить источник питания.

3. Поставить ползун реостата в положение, соответствующее первому значению потенциала (значения потенциалов ,и задаются преподавателем).

4. Перемещая зонд в ванне, определить координаты точек равного потенциала, в которых ток через гальванометр отсутствует (не менее 30 точек). Значения занести в таблицу 1.

5. Повторить пункты 3 и 4 для двух других значений потенциала и .

Таблица 1. Координаты точек равного потенциала.

Номер точки

1

2

3

4

5

30

Координаты точки

x1

y1

x2

y2

x3

y3

x4

y4

x5

y5

xi

yi

x30

y30

6. По данным таблицы 1 на миллиметровой бумаге в масштабе 1:1 или 1:2 построить эквипотенциальные поверхности (линии равного потенциала) для трех значений потенциала, обозначить положения электродов и их знаки.

7. Построить силовые линии (линии напряженности) электростатического поля. (Учитывая, что линии напряженности начинаются на положительных электродах (+) и заканчиваются на отрицательных (-), и в каждой точке поля они перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям).

8. Для трех произвольно выбранных силовых линий определить значения напряженности Е. Расчет значения напряженности, соответствующего силовой линии производится следующим образом:

а) на данной силовой линии выбирают две точки, принадлежащие разным эквипотенциальным поверхностям;

б) при помощи линейки определяют - расстояние в метрах (с учетом масштаба) между выбранными точками;

в) напряженность рассчитывают по формуле , где - разность потенциалов между эквипотенциальными поверхностями, которым принадлежат выбранные точки, а - измеренное в пункте (б) расстояние.

Аналогично вычисляют значения напряженности для двух других силовых линий.

Пример. Рассчитаем напряженность для поля, изображенного на рис. 4. Для пары точек 1 и 2:

,

Для пары точек 3 и 4:

.

Рис. 4. Схематическое изображение электростатического поля

в ванне с электролитом.

9. Сделать вывод.

Контрольные вопросы.

  1. Теорема Гаусса.

  2. Напряженность электростатического поля точечного заряда.

  3. Потенциал электростатического поля. Связь напряженности и потенциала.

  4. В чем сущность метода моделирования электростатического поля?

  5. Закон Ома в интегральной и дифференциальной форме.

  6. Как вычислить напряженность в данной точке поля по известной картине эквипотенциальных поверхностей?

  7. Графическое изображение электростатических полей. Эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатического поля.

Лабораторная работа №7

ИЗМЕРЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА МЕТОДОМ РЕЗОНАНСА

Цель работы:

Изучить электрические колебания в контуре и явление резонанса; определить емкость заданного конденсатора методом резонанса.

Приборы и принадлежности:

Генератор переменной ЭДС, частотомер, катушка индуктивности, набор конденсаторов, осциллограф, соединительные провода и кабели.

  1. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей

    Закон
    10. Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей.
  2. 2. Закон Кулона

    Закон
    - Два типа зарядов – положительные и отрицательные. Одноимённо заряженные отталкиваются, разноимённые притягиваются. При электризации трением заряжаются оба тела равными по величине, но разноимёнными зарядами.
  3. 1. Закон Кулона

    Закон
    (т.е. ), то в другой системе отсчета , движущейся относительно К со скоростью , компоненты электромагнитного поля отличны от нуля и связаны соотношением 64
  4. «Уровневая дифференциация на уроках физики». В ходе семинара учителем физики мбоу сош №2 Андреевой О. В. проведены открытые уроки по темам: «Закон Кулона» в 10 классе, «Законы постоянного тока» в 8 классе

    Урок
    Согласно плану работы ИМЦ МКУ ОО с целью распространения повышения профессиональной компетентности учителей 13 марта 2012 года на базе МБОУ СОШ №2 проведен теоретико-практический семинар для учителей физики по теме: «Уровневая дифференциация
  5. Coulomb) Шарль Огюстен (1736-1806), французский инженер и физик, один из основателей электростатики. Исследовал деформацию кру­чения нитей, установил ее законы

    Закон
    КУЛОН (Coulomb) Шарль Огюстен (1736-1806), французский инженер и физик, один из основателей электростатики. Исследовал деформацию кру­чения нитей, установил ее законы.
  6. "законами" движения материи "от простого к сложному", в истмате теория

    Закон
    Б. Ламарка, и Ч. Дарвина и продолжения их идей А. Уоллесом, Э. Геккелем, А. Северцовым, В. Ковалевским и другими, "ученый" мир, хотя и не без споров и трений, но признал теорию эволюции, и в обществе в целом было сформировано
  7. Закон отражения и преломления света. Полное внутреннее отражение

    Закон
    Первоначальное представ­ление о строении вещества принадлежит Демокриту (460-370 годы до н.э.). По Демокриту все тела состоят из очень маленьких частиц - атомов.
  8. Закон сохранения электрического заряда (1)

    Закон
    В системе СИ единица заряда (кулон) является не основной, а производной и определяется через основную единицу для измерения электрических величин – единицу силы тока – ампер: 1 Кл = 1 Ас.
  9. Закон внутри нас. Древние считали: и то и другое неразрывно связаны между собой. Космос обусловливает прошлое, настоящее и будущее человечества и каждого отдельно взятого (1)

    Закон
    Великий немецкий философ Иммануил Кант заметил однажды, что есть всего две вещи, достойные подлинного удивления и восхищения: звездное небо над нами и нравственный

Другие похожие документы..