Akademia Techniczno-Humanistyczna Bielsko-Biała dnia 15.11.2011r.

w Bielsku-Białej

Wydział BMiI

Kierunek: MiBM

ĆWICZENIE 61

Temat :

Wyznaczanie natężenia pola elektrycznego metodą sondy płomykowej

Wykonał:

Szymon Wojtaluk

Bartłomiej Kleszcz

Nr grupy 115

Część teoretyczna:

Źródłem pól elektrostatycznych są ładunki elektryczne. Pole elektryczne jest to przestrzeń, w której na umieszczony ładunek elektryczny działa siła. Wielkościami charakteryzującymi pole elektryczne są:

1. 
   
   natężenie pola elektrycznego E - jest to stosunek siły F działającej na ładunek elektryczny q umieszczony w tym polu.

- potencjał pola elektrycznego V - jest to stosunek pracy sił zewnętrznych, niezbędnej do przesunięcia ładunku z nieskończoności do danego punktu pola - wartość tego ładunku.

Zależność między potencjałem a natężeniem pola elektrycznego dana jest wzorem:

Wartość natężenia pola elektrycznego można wyliczyć znając rozkład potencjału:

Znak minus oznacza, że zwrot wektora E wskazuje kierunek, w którym potencjał maleje.

Pole elektryczne w powietrznym kondensatorze płaskim.

Kondensator powietrzny składa się z dwóch równoległych płytek, na których zgromadzone są ładunki elektryczne. Pomiędzy płytkami kondensatora powietrznego wytworzone jest jednorodne pole elektryczne, w którym linie sił pola są równoległe. Oznacza to, że wartość natężenia pola elektrycznego jest stała a potencjał zmienia się liniowo wraz z odległością.

Dla liniowego rozkładu potencjału, natężenie pola elektrycznego wyznacza współczynnik kierunkowy funkcji liniowej.

Aparatura.

Między okładki kondensatora płaskiego P1, P2 umieszcza się sondę R, która jest bardzo cienką rurką, przez którą przepływa gaz świetlny. Koniec sondy znajduje się na osi symetrii płytek. Gaz pali się, tworząc na końcu rurki maleńki płomyk. Sonda zamocowana jest na izolowanym statywie, który można przesuwać wzdłuż osi kondensatora. Całość osłonięta jest szklaną gablotą zaopatrzoną w automatyczny wyłącznik, który wyłączy prąd zasilający
w chwili, gdy gablotę się otwiera, zabezpieczając przed porażeniem. Źródłem wysokiego napięcia jest elektroniczny zasilacz.

Pomiar.

W celu wykonania pojedynczego pomiaru należy: ustawić płytki kondensatora równolegle
w zadanej odległości d , połączyć obwód elektryczny według rys.1, włączyć gaz, zapalić sondę i zamknąć szafkę, zwolnić wskazówkę woltomierza i skontrolować jego ustawienie. Po wykonaniu tych czynności należy włączyć zasilacz wysokiego napięcia i wykonać pomiar potencjału. W ćwiczeniu można badać rozkład potencjału pomiędzy płytkami lub zależność potencjału od przyłożonego napięcia.

Rys.1

Tabele pomiarów i wyników.

Na początku wykonaliśmy 3 serie pomiarów napięcia sondy płomykowej dla różnej odległości pomiędzy płytkami kondensatora. Napięcie między okładkami kondensatora wynosiło 3000V . Pierwsza seria dla d₁ = 40mm, druga dla d₂ = 80mm, trzecia dla d₃ = 120mm. Dla każdej z serii odczytów sonda była przesuwana dla d₁ o 2mm wykonano 16 odczytów, dla d₂ o 3mm wykonano 21 odczytów dla d₃ o 3mm i wykonano 29 odczytów. Odczyty były wykonywane były począwszy od punktu, w którym potencjał wynosił 600V.

Wyniki pomiarów potencja łów zestawiono w tabeli nr1.

Tabela nr 1.

d1 = 40mm		d2 = 80mm		D3 = 120mm
U [V]	l [mm]	U [V]	l [mm]	U [V]	l [mm]
600	10	600	20	600	36
750	12	675	23	655	39
915	14	790	26	710	42
1105	16	900	29	775	45
1255	18	1015	32	835	48
1425	20	1125	35	900	51
1600	22	1250	38	965	54
1780	24	1375	41	1035	57
1955	26	1500	44	1100	60
2145	2,8	1640	47	1180	63
2300	30	1775	50	1260	66
2485	32	1910	53	1335	69
2655	34	2060	56	1430	72
2810	36	2200	59	1515	75
2940	38	2340	62	1620	78
2985	40	2495	65	1700	81
		2645	68	1790	84
		2795	71	1915	87
		2910	74	2025	90
		2990	77	2130	93
		3000	80	2255	96
				2360	99
				2430	102
				2540	105
				2655	108
				2800	111
				2885	114
				2990	117
				3000	120

Przy użyciu programu komputerowego obliczyliśmy współczynniki nachylenia prostych regresji oraz względne odchylenia wartości doświadczalnych do wartości teoretycznych.

	d=40mm	d=80mm	d=120mm (nieliniowa)
a = Ed	83,702	43,253	33,556
Δa	1,137	0,6	1,5
b	23,599	35,361	96,678
Δb	30,285	0,32	0,016

Współczynnik "a" funkcji liniowej napięcia od odległości (w przypadku gdy d=120mm. zależność ta staje się nieliniowa) odpowiada natężeniu pola elektrycznemu pomiędzy płytkami kondensatora, które w polu jednorodnym powinno być wielkością stałą.

---