II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Описание экспериментальной установки
Моделирование электростатических полей
Из-за трудности эксперимента при исследовании электростатических полей между заряженными электродами, расположенными в вакууме, с помощью сложных пламенных зондов и сложной электростатической аппаратуры исследование этих полей заменяют более простым и удобным исследованием их моделей. В этих моделях электрические поля заменяют электрическими полями постоянных токов между теми же электродами, что и при изучении электростатических полей, но помещенных в слабо проводящую среду. При этом между электродами течет электрический ток. Если сила тока будет малой из-за слабой проводимости среды, а потенциалы электродов будут поддерживаться постоянными во времени с помощью источника питания, то конфигурация поля между электродами в модели будет совпадать с конфигурацией электростатического поля между этими же электродами, если бы они были заряженными и находились в вакууме.
Определение потенциалов в различных точках электрического поля осуществляется с помощью простейшего зонда, представляющего собой тонкий металлический стержень с диэлектрической рукояткой. На рис.10 изображена схема экспериментальной установки для исследования модели электростатического поля, которая используется в данной лабораторной работе.
Описание схемы экспериментальной установки
1. Данная установка включает в себя только 3 блока лабораторного стенда: «Блок генераторов»; «Блок мультиметров»; «Блок моделирования полей».
2. В связи с изложенным в разделе 1.1 основной частью данной экспериментальной установки является набор слабопроводящих пластин, одна из которых изображена на рис. 10. Пластины покрыты черной слабопроводящей краской, на них закреплены хромированные медные электроды различной формы и нанесена координатная сетка. С оборотной стороны каждой пластины находятся изолированные провода, соединяющие соответственно левый электрод 2 со штырями 2 черных клемм слева, а правый электрод 4 со штырями 2 красных клемм справа, расположенных в углах пластины. С помощью этих клемм, навинчивающихся на штыри, слабопроводящая пластина крепится к плате «Блок моделирования полей» (БМП), на электроды пластины подается электрическое напряжение с контактного черного гнезда 1 и контактного красного гнезда 3, распложенных в нижней части этого «Блок моделирования полей» (рис.11). Гнездо 1 соединено внутри БМП со штырями черных клейм слева, а красное гнездо 3 – со штырями красных клемм справа.
|
|
Красные гнезда 5 и 3 между собой не соединены. Все соединения гнезд нарисованы линиями прямо на плате БМП, как показано на рис. 11.
Рис. 10. Электрическая схема исследования электростатического поля:
1 – стрелочный вольтметр;
2, 4 – электроды;
3 – зонд;
5 – слабопроводящая пластина;
6 – входы для подключения блока моделирования полей (рис. 11);
7 – блок моделирования полей;
8 – регулируемый источник постоянного напряжения «0...+15 В»
Рис.11. Входы для подключении блока моделирования полей:
1, 3 – входы для подключения
регулируемого источника
постоянного напряжения «0…+15В»;
2 – вход для подключения зонда (щупа);
4, 5 – входы для подключения
|
|
стрелочного вольтметра
3. Входные гнезда 1 и 3 БМП подключаются длинными соединительными проводами соответственно к выходным гнездам «Регулируемый источник постоянного напряжения» (РИПН) на плате «Блок генераторов»: черное гнездо 1 БМП – к черному гнезду выхода РИПН, а красное гнездо 3 БМП – к красному гнезду «
» выхода РИПН.
Регулирование напряжения у РИПН осуществляется с помощью голубых кнопок установки постоянного напряжения и нарисованных рядом с ними стрелок «вверх» и «вниз». Индикатор постоянного напряжения на выходе РИПН выполнен в виде вытянутого по вертикали прямоугольного окошечка, в котором загорается определенное число горизонтально расположенных полосок – индикаторов: чем больше их загорится, тем больше напряжение на выходе.
В случае перегрузки РИПН « » на таблице «ПЕРЕГРУЗКА» «Блок генераторов» загорается красная сигнальная лампочка « ».
4. В данной установке принято, что левый электрод 2 (рис. 10) имеет потенциал, равный нулю, а правый электрод 4 имеет потенциал, равный напряжению на выходе РИПН « ».
5. Для измерения напряжения между электродом 2 с нулевым потенциалом и точкой на слабопроводящей пластине используются стрелочный вольтметр с нулем посередине шкалы, имеющим пределы измерения 
, и зонд 3 (рис.10).
Вольтметр 1 (рис. 10) расположен в нижней части платы «Блок мультиметров». Рядом с этим вольтметром расположены красное (+) и черное (–) контактные гнезда, к которым внутри блока припаяны провода от клемм вольтметра.
В качестве зонда 3 (рис. 10) используется штырь обычного соединительного провода.