1

UNIWERSYTET ŚLĄSKI W

KATOWICACH

I PRACOWNIA FIZYCZNA

Ć W I C Z E N I E NR 61

BADANIE ROZKŁADU POLA ELEKTRYCZNEGO

CEL ĆWICZENIA

Korzystając ze znanych zależności pomiędzy liniami sił pola elektrycznego a powierzchniami
ekwipotencjalnymi należy zbadać rozkład pola elektrycznego dla różnych układów elektrod.

ZAGADNIENIA DO KOLOKWIUM WSTĘPNEGO

Znajomość pojęć:
-

pole elektryczne,

-

natężenie pola elektrycznego,

-

potencjał elektryczny,

-

powierzchnie ekwipotencjalne

- rozkład linii sił pola elektrycznego wokół ładunków punktowych i wokół naładowanych

płaszczyzn

- zależność pomiędzy natężeniem pola elektrycznego a potencjałem elektrycznym
- położenie linii sił pola elektrycznego względem powierzchni ekwipotencjalnych
- kondensator elektryczny, rozkład pola elektrycznego między okładkami

APARATURA

- szklana kuweta z naniesionym układem współrzędnych
- zestaw elektrod (płaskie, punktowe, pierścieniowe)
- przewody pomiarowe

-

miernik Metex z przewodami pomiarowymi

-

krokodylki

-

suwmiarka, linijka

2

-

WZORY SCHEMATY

Rys.61.1 Widok płyty czołowej modułu zasilacza i sondy pomiarowej.

a. wyjście zasilacza asymetryczne ok.4V, gniazdka 2-3
b. wyjście zasilacza symetryczne 2

× ok.4V, gniazdka 1-3

c. podłączanie woltomierza i sondy pomiarowej, gniazdka 2-4
d. W – przycisk do włączania zasilania układu
e. Led – świetlny wskaźnik pracy układu

Rys. 61.2 Przykładowe ustawienie elektrod.

3

WYKONANIE ĆWICZENIA

Pomiary wykonujemy w szklanej kuwecie wypełnionej wodą, w której układamy elektrody

w różnej konfiguracji (rys.61.2). Ze względów praktycznych do wytwarzania pola elektrycznego

wykorzystujemy napięcie przemienne podawane z zasilacza transformatorowego (rys.61.1).

Pomiarów rozkładu pola elektrycznego dokonujemy za pomocą sondy i miernika Metex.

Celem łatwiejszego montażu przewodów, przewody poprowadzone są poprzez uchwyt

przymocowany do ściany. Płytka znajdująca się pod uchwytem służy do mocowania

swobodnych końcówek przewodów.

Aby wykonać pomiar należy

:

1. Sprawdź czy jest równomierny poziom wody w kuwecie.

2. Ustal z prowadzącym jaki układy elektrod będziesz badał i jaki rodzaj zasilania będziesz

stosował (symetryczny lub asymetryczny) oraz ile pomiarów masz wykonać.

Dla każdego układu elektrod:

3. Ustaw w kuwecie ustalony układ elektrod i narysuj sobie w notatkach szkic położenia

elektrod względem układu współrzędnych (obraz układu należy odtworzyć w odpowiedniej
skali w sprawozdaniu końcowym).

4. Za pomocą krokodylków podłącz do elektrod odpowiednie przewody (kolory przewodów

są zgodne z kolorem gniazdek modułu zasilacza).

5. Podłącz miernik Metex do modułu zasilacza (rys.61.1).

Ustaw miernik na zakres 20V napięcia przemiennego.

6. Poproś prowadzącego o sprawdzenie prawidłowości połączeń.

7. Poprzez naciśnięcie przycisku W załącz zasilacz.

8. Przesuwając końcówkę sondy w przestrzeni wodnej wokół elektrod zorientuj się z jakimi

wartościami napięć masz do czynienia.

Ponieważ jeden z przewodów zasilających elektrody jest uziemiony (czyli o potencjale =
0V) więc zgodnie z (rys.61.1) wartość napięcia wskazywanego przez miernik jest miarą
potencjału.

9. Ustal sobie jakąś wartość wskazań miernika (czyli ustalasz wartość mierzonego

potencjału) i przesuwając sondą odnajduj położenia miejsc o takim same wartości. Notuj
współrzędne tych miejsc z dokładnością do 5mm.

10. Powtórz czynności z punktu 8 dla innych wartości potencjału.

11. Naciskając przycisk W wyłącz zasilacz i zdemontuj układ elektrod i umocuj swobodne

końcówki przewodów w odpowiednich gniazdach płytki pod uchwytem na ścianie.

12. Pomierz suwmiarką lub linijką wymiary wszystkich elektrod użytych przez Ciebie

w ćwiczeniu i zapisz je.

4

UWAGA!

1. Delikatnie ustawiaj elektrody w kuwecie, ponieważ kuweta jest szklana

i narażona jest na stłuczenie.

2. Podczas pomiarów nie dopuszczaj do zwierania się elektrod.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

1. Na zwymiarowany w odpowiedniej skali układ współrzędnych nanieś kontury elektrod.

2. Korzystając z wyników pomiarów nanieś na układ punkty pomiarowe o tych samych

wartościach potencjału (wg zapisanych wcześniej współrzędnych) i wykreśl wg tych
punktów przebieg powierzchni ekwipotencjalnych.

3. Wiedząc że linie sił pola elektrycznego są prostopadłe do powierzchni ekwipotencjalnych

naszkicuj przypuszczalny ich przebieg.

4. Korzystając z zależności pomiędzy natężeniem pola elektrycznego a różnicą potencjałów

E=∆V/∆L określ dla kilku miejsc wartość E i nanieś na wykres.

∆L – odległość pomiędzy powierzchniami ekwipotencjalnymi.
znak „─„ pomijamy ponieważ zasilamy układ napięciem przemiennym

5. Podaj dokładność obliczonych wartości E.

LITERATURA

1. B.M. Jaworski, A.A. Dietłaf, "FIZYKA PORADNIK ENCYKLOPEDYCZNY", PWN

Warszawa 1995

2. D. Halliday, R. Resnick, „FIZYKA”, T. II, PWN Warszawa 1994

3. H. Szydłowski, „PRACOWNIA FIZYCZNA”, PWN Warszawa 2003

4. J.Stasz, K.Wójcik, "SZKOLNY SŁOWNIK FIZYCZNY", Katowice 2001