RU2479868C1 - Plant for investigation of stationary electric field - Google Patents
Plant for investigation of stationary electric field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2479868C1 RU2479868C1 RU2011142683/12A RU2011142683A RU2479868C1 RU 2479868 C1 RU2479868 C1 RU 2479868C1 RU 2011142683/12 A RU2011142683/12 A RU 2011142683/12A RU 2011142683 A RU2011142683 A RU 2011142683A RU 2479868 C1 RU2479868 C1 RU 2479868C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrically conductive
- tablet
- fixed
- removable
- paper
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме в высших и средних специальных учебных заведениях по курсу физики для получения и углубления знаний физических законов и явлений.The invention relates to educational devices and can be used in laboratory practice in higher and secondary special educational institutions at the rate of physics to obtain and deepen knowledge of physical laws and phenomena.
Известно устройство для измерения потенциалов и построения изопотенциальных линий (Г.А.Рязанов. Опыты и моделирование при изучении электромагнитного поля. Издательство "Наука". М., 1966 г., с.77, рис.7.2). С помощью измерительной иглы (одинарного зонда) на нем можно находить точки, имеющие заданный потенциал, и строить изопотенциальные линии. Для измерения потенциала используется мостовая схема. Устанавливая движок реохорда на деление, соответствующее заданному потенциалу, перемещаем иглу по поверхности планшета с электропроводящей бумагой, добиваясь исчезновения тока в мостике. Нажатием иглы через копировальную бумагу на документальном листе фиксируем ряд точек. Затем снимаем из-под копировальной бумаги документальный лист, соединяем полученные точки плавной кривой и получаем изопотенциальные линии с заданными потенциалами. Наблюдается быстрый износ электропроводящей и копировальной бумаги, а также низкая точность эксперимента.A device is known for measuring potentials and building isopotential lines (G. A. Ryazanov. Experiments and modeling in the study of electromagnetic fields. Publishing House "Science". M., 1966, p.77, Fig. 7.2). Using a measuring needle (single probe), it is possible to find points with a given potential on it and build isopotential lines. To measure the potential, a bridge circuit is used. By setting the rechord slider to the division corresponding to the given potential, we move the needle along the surface of the tablet with electrically conductive paper, achieving the disappearance of current in the bridge. By pressing the needle through the carbon paper on the document sheet, we fix a number of points. Then we remove the document sheet from under the copy paper, connect the obtained points with a smooth curve and get isopotential lines with the given potentials. Rapid wear of the electrically conductive and carbon paper is observed, as well as the low accuracy of the experiment.
Известно также устройство для непосредственного измерения разности потенциалов, снимаемых двойным зондом (там же, с.75, рис.7.1). В этом устройстве используется также мостовая схема и копировальная бумага с документальным листом, что неудобно при эксперименте. Получаются неточные измерения зависимости потенциала и соответственно напряженности электрического поля вдоль силовой линии. Имеет место быстрый износ электропроводящей и копировальной бумаги, а также низкая точность эксперимента.A device is also known for directly measuring the potential difference recorded by a double probe (ibid., P. 75, Fig. 7.1). This device also uses a bridge circuit and carbon paper with a document sheet, which is inconvenient during the experiment. Inaccurate measurements of the dependence of the potential and, accordingly, of the electric field along the field line are obtained. There is a rapid wear of the electrically conductive and carbon paper, as well as low accuracy of the experiment.
Наиболее близкой к предлагаемой установке является установка для исследования стационарного электрического поля (RU патент №2284581. Бюл. №27 от 27.09.2006 г. Авторы: Белокопытов Р.А. и Ковнацкий В.К.) (фиг.1). Она содержит источник постоянного тока, двойной зонд со стрелкой, планшет с электропроводящей бумагой, пару съемных проводящих шин, установленных на электропроводящей бумаге и соединенных с клеммами источника постоянного тока, набор съемных разнообразных пар проводящих шин, моделирующих разные плоские электрические поля, винты с гайками, установленные на планшете с электропроводящей бумагой для крепления пары съемных проводящих шин, центральный винт с гайкой, установленный на планшете с электропроводящей бумагой посредине между парой съемных проводящих шин, лекало из диэлектрика с рабочей кромкой, соответствующей профилю контура обхода, закрепленное на планшете с электропроводящей бумагой с помощью центрального винта с гайкой, набор съемных разнообразных лекал из диэлектрика, моделирующих различные контуры обхода, вольтметр с большим входным сопротивлением, первый ввод которого соединен с первой иглой двойного зонда со стрелкой.Closest to the proposed installation is a device for researching a stationary electric field (RU patent No. 2284581. Bull. No. 27 dated 09/27/2006. Authors: Belokopytov R.A. and Kovnatsky V.K.) (Fig. 1). It contains a direct current source, a double probe with an arrow, a tablet with electrically conductive paper, a pair of removable conductive buses mounted on electrically conductive paper and connected to the terminals of a direct current source, a set of removable various pairs of conductive buses simulating different flat electric fields, screws with nuts, mounted on a tablet with electrically conductive paper for mounting a pair of removable conductive tires, a central screw with a nut mounted on a tablet with electrically conductive paper in the middle between the steam of removable conductive busbars, a dielectric pattern with a working edge corresponding to the bypass profile, fixed on a tablet with electrically conductive paper using a central screw with a nut, a set of various removable dielectric patterns, simulating various bypass contours, a voltmeter with a large input resistance, the first input which is connected to the first needle of the double probe with an arrow.
Эта установка позволяет создать различные плоские электрические поля и их исследовать. На ней можно экспериментально подтвердить теорему Гаусса для электростатического поля, а также теорему о циркуляции вектора напряженности электрического поля. На этой установке с помощью двойного зонда со стрелкой можно продемонстрировать ход силовых и эквипотенциальных линий. В любой точке поля можно найти направление напряженности электрического поля, градиент потенциала и другие характеристики поля.This setup allows you to create various flat electric fields and explore them. It can experimentally confirm the Gauss theorem for the electrostatic field, as well as the theorem on the circulation of the electric field intensity vector. Using this double probe with an arrow, one can demonstrate the course of power and equipotential lines. At any point in the field, one can find the direction of the electric field strength, the gradient of the potential, and other characteristics of the field.
Однако на этой установке можно только продемонстрировать вид эквипотенциальных линий, но нельзя их запомнить на документальном листе, зафиксировать координаты этих точек и по ним затем построить силовые линии электрического поля, а также рассчитать напряженность поля и его градиент. Если применить копировальную бумагу и документальный лист, то это усложнит установку, потребуются дополнительные затраты времени на съем, установку копировальной бумаги и документального листа и обработку результатов. Будет наблюдаться не экономный расход электропроводящей и копировальной бумаги, т.к. для получения через копировальную бумагу точки на документальном листе требуется не соприкосновение иглами двойного зонда, а сильное нажатие на электропроводящую бумагу, которая от этого быстро приходит в негодность. Для удобного и быстрого нахождения координат потенциалов необходимо иметь также и одинарный зонд.However, on this installation you can only demonstrate the appearance of equipotential lines, but you cannot remember them on a document sheet, fix the coordinates of these points and then use them to construct electric field lines and calculate the field strength and its gradient. If you use carbon paper and a document sheet, this will complicate the installation, it will take additional time to remove, install carbon paper and a document sheet and process the results. Non-economical consumption of electrically conductive and carbon paper will be observed, as To obtain a point on the document sheet through the copy paper, it is necessary not to touch the double probe with the needles, but to press strongly on the electrically conductive paper, which quickly becomes unusable. To conveniently and quickly find the coordinates of the potentials, it is also necessary to have a single probe.
Техническим результатом изобретения является повышение точности проводимых экспериментов.The technical result of the invention is to improve the accuracy of experiments.
Указанный технический результат достигается тем, что в известную установку для исследования стационарного электрического поля, содержащую источник постоянного тока, двойной зонд со стрелкой, планшет с электропроводящей бумагой, пару съемных проводящих шин, установленных на электропроводящей бумаге и соединенных с клеммами источника постоянного тока, вольтметр с большим входным сопротивлением, первый ввод которого соединен с первой иглой двойного зонда со стрелкой, набор съемных разнообразных пар проводящих шин, моделирующих разные плоские электрические поля, винты с гайками, установленные на планшете с электропроводящей бумагой для крепления пары съемных проводящих шин, центральный винт с гайкой, установленный на планшете с электропроводящей бумагой посредине между парой съемных проводящих шин, лекало из диэлектрика с рабочей кромкой, соответствующей профилю контура обхода, закрепленное на планшете с электропроводящей бумагой с помощью центрального винта с гайкой, набор съемных разнообразных лекал из диэлектрика, моделирующих различные контуры обхода, согласно изобретению, введены одинарный зонд, игла которого соединена с первой иглой двойного зонда со стрелкой, переключатель на два положения, общий контакт которого соединен со вторым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением, первый контакт его соединен с одной из съемных проводящих шип, а второй контакт его - со второй иглой двойного зонда со стрелкой, неподвижная линейка, закрепленная на планшете с электропроводящей бумагой параллельно одной из его сторон, которая выполняет роль оси ординат "У" декартовой системы координат, неподвижный шток, установленный на противоположной стороне планшета с электропроводящей бумагой параллельно неподвижной линейке, движок, перемещающийся по неподвижному штоку, подвижная линейка, одним концом закрепленная на движке, а второй конец ее лежит на неподвижной линейке, которая выполняет роль оси абсцисс "X" декартовой системы координат, планшет с документальным листом с изображением системы координат, аналогичной той, которая установлена на планшете с электропроводящей бумагой.The specified technical result is achieved by the fact that in a known installation for studying a stationary electric field containing a direct current source, a double probe with an arrow, a tablet with electrically conductive paper, a pair of removable conductive buses mounted on electrically conductive paper and connected to the terminals of the direct current source, a voltmeter with a large input impedance, the first input of which is connected to the first needle of the double probe with an arrow, a set of removable various pairs of conductive buses simulating different flat electric fields, screws with nuts installed on a tablet with electrically conductive paper for attaching a pair of removable conductive tires, a central screw with a nut mounted on a tablet with electrically conductive paper in the middle between a pair of removable conductive tires, a dielectric piece with a working edge corresponding to the profile of the bypass contour fixed on a tablet with electrically conductive paper using a central screw and nut, a set of removable various dielectric patterns that simulate various bypass contours, agrees The invention introduced a single probe, the needle of which is connected to the first needle of the double probe with an arrow, a two-position switch, the common contact of which is connected to the second input of the voltmeter with a large input resistance, its first contact is connected to one of the removable conductive spike, and its second contact - with the second needle of a double probe with an arrow, a fixed ruler fixed on a tablet with electrically conductive paper parallel to one of its sides, which acts as the Y axis of the Cartesian coordinate system, not a rod mounted on the opposite side of the tablet with electrically conductive paper parallel to the fixed ruler, a slide moving on the fixed rod, a movable ruler fixed at one end to the slider, and its second end lies on the fixed ruler, which acts as the X axis of the Cartesian system coordinates, a tablet with a document sheet with an image of a coordinate system similar to that installed on a tablet with electrically conductive paper.
На фиг.1 изображен прототип; на фиг.2 - общий вид предлагаемой установки; на фиг.3-9 - чертежи, поясняющие принцип ее работы.Figure 1 shows a prototype; figure 2 is a General view of the proposed installation; figure 3-9 - drawings explaining the principle of its operation.
Предлагаемая установка (фиг.2) содержит: 1 - планшет с электропроводящей бумагой; 2 - винты с гайками; 3 - пара съемных проводящих шин; 4 - набор съемных разнообразных пар проводящих шин; 5 - источник постоянного тока; 6 - центральный винт с гайкой; 7 - лекала из диэлектрика; 8 - набор съемных разнообразных лекал из диэлектрика; 9 - вольтметр с большим входным сопротивлением; 10 - двойной зонд со стрелкой; 11 - одинарный зонд; 12 - переключатель на два положения; 13 - неподвижная линейка (ось У); 14 - неподвижный шток; 15 - движок; 16 - подвижная линейка (ось X); 17 - планшет с документальным листом.The proposed installation (figure 2) contains: 1 - tablet with electrically conductive paper; 2 - screws with nuts; 3 - a pair of removable conductive tires; 4 - a set of removable various pairs of conductive tires; 5 - a direct current source; 6 - central screw with nut; 7 - patterns from a dielectric; 8 - a set of removable various patterns of a dielectric; 9 - voltmeter with a large input resistance; 10 - a double probe with an arrow; 11 - single probe; 12 - switch to two positions; 13 - fixed ruler (Y axis); 14 - fixed stock; 15 - engine; 16 - movable ruler (X axis); 17 is a tablet with a document sheet.
Рассмотрим, каким образом используется предлагаемая установка. Она включает в себя планшет с электропроводящей бумагой 1, на котором установлены винты с гайками 2 для крепления пары съемных проводящих шин 3. Для формирования разнообразных плоских электрических полей используем набор разных пар съемных проводящих шин 4. Используемая пара съемных проводящих шин 3 соединена с клеммами источника постоянного тока 5. Посредине между парой съемных проводящих шин 3 установлен центральный винт с гайкой 6 для крепления лекала из диэлектрика 7 с рабочей кромкой, соответствующей профилю контура обхода. На лекале из диэлектрика 7 нанесена цифровая разметка, равная шагу измерений, и имеется отверстие для центрального винта с гайкой 6. Для моделирования разнообразных контуров обхода в плоском электрическом поле используем набор съемных разнообразных лекал 8 из диэлектрика. При измерении потенциалов и разности потенциалов между точками применяем вольтметр с большим входным сопротивлением 9, первый ввод которого соединен с первой иглой двойного зонда со стрелкой 10. Для определения потенциала и построения линий равного потенциала применяем одинарный зонд 11, игла которого соединена с первой иглой двойного зонда со стрелкой 10.Consider how the proposed installation is used. It includes a tablet with electrically
Переключение режима работы с одинарного зонда 11 на двойной зонд со стрелкой 10 осуществляется с помощью переключателя на два положения 12, общий контакт которого соединен со вторым вводом вольтметра с большим входным сопротивлением 9, первый контакт его соединен с одной из съемных проводящих шин 3, а второй контакт - со второй иглой двойного зонда со стрелкой 10.The operation mode is switched from a single probe 11 to a double probe with an
Для определения координат точки на планшете с электропроводящей бумагой 1 используем неподвижную линейку 13, закрепленную на планшете с электропроводящей бумагой 1 параллельно одной из его сторон, которая выполняет роль оси ординат "У" декартовой системы координат.To determine the coordinates of a point on a tablet with electrically
Для реализации оси абсцисс "X" декартовой системы координат на противоположной стороне планшета с электропроводящей бумагой 1 параллельно неподвижной линейке 13 установлен неподвижный шток 14, на котором расположен движок 15. Подвижная линейка 16 одним концом закреплена на движке 15, перемещающемся по подвижному штоку 14, а второй конец ее лежит на неподвижной линейке 13. Подвижная линейка 16 выполняет роль оси абсцисс "X" декартовой системы координат.To implement the X axis of the Cartesian coordinate system on the opposite side of the tablet with electrically
При эксперименте необходимо определять проекцию вектора на заданное направление. Укрепив на планке из изолятора на небольшом расстоянии l друг от друга два металлических острия, получим двойной зонд с постоянной базой (база - расстояния между иглами, будем считать ее равной шагу измерений). Если база зонда l достаточно мала, а силовые линии не слишком искривлены, то стационарное поле в окрестности зонда можно считать однородным. При этом условии проекция напряженности электрического поля El в средней точке зонда на прямую, проходящую через его иглы (фиг.3), связана с напряжением между иглами U следующим выражением:During the experiment, it is necessary to determine the projection of the vector to a given direction. Having fixed two metal tips on the bar from the insulator at a small distance l from each other, we get a double probe with a constant base (the base is the distance between the needles, we will consider it equal to the measurement step). If the base of the probe l is small enough and the field lines are not too curved, then the stationary field in the vicinity of the probe can be considered homogeneous. Under this condition, the projection of the electric field strength E l at the midpoint of the probe onto a straight line passing through its needles (Fig. 3) is related to the voltage between the needles U by the following expression:
На фиг.3 кружочками показаны иглы зонда. Стрелка А указывает направление, на которое проектируется вектор Figure 3 circles show the needles of the probe. Arrow A indicates the direction in which the vector is projected.
Для определения знака проекции на заданное направление необходимо условно отметить на зонде (стрелка А) положительное направление. Например, за положительное направление принимаем красный подводящий к игле провод. Знак на табло вольтметра с большим входным сопротивлением 9 будет указывать на знак проекции El.To determine the sign of the projection for a given direction, it is necessary to conditionally mark a positive direction on the probe (arrow A). For example, for the positive direction we take the red wire leading to the needle. The sign on the board of the voltmeter with a large input resistance of 9 will indicate the sign of the projection E l .
Рассмотрим, каким образом на предлагаемой установке (фиг.2) экспериментально подтверждается теорема Гаусса. Для этого переключатель на два положения 12 устанавливаем во второе положение «Двойной зонд» (ДЗ). В этом случае ко входу вольтметра 9 подключается двойной зонд со стрелкой 10.Consider how the proposed installation (figure 2) experimentally confirms the Gauss theorem. To do this, set the switch to two positions 12, set to the second position "Double probe" (DZ). In this case, a double probe with an
Выберем из набора съемных разнообразных пар проводящих шин 4 необходимую пару съемных проводящих шин 3 и наложим их на планшет с электропроводящей бумагой 1. Закрепим шины 3 с помощью винтов с гайками 2 и соединим шины 3 с источником постоянного тока 5. На фиг.4 изображены для примера силовые линии электрического поля, которое моделируется с помощью выбранной пары съемных проводящих шин 3. Выберем из набора съемных разнообразных лекал из диэлектрика 8 нужное лекало 7, наложим его на планшет с электропроводящей бумагой 1 и закрепим с помощью центрального винта с гайкой 6. На лекале из диэлектрика 7 цифрами обозначены исследуемые точки электрического поля. Эти точки размещены с шагом, равным базе двойного зонда 10, выводы которого соединены с вводами вольтметра с большим входным сопротивлением 9. Вольтметр 9 должен иметь большое входное сопротивление для того, чтобы не искажать строение исследуемого электрического поля.Choose from a set of removable various pairs of
В соответствии с теоремой Гаусса для электростатического поля в вакууме: поток напряженности электростатического поля сквозь произвольную замкнутую поверхность S равен отношению алгебраической суммы электрических зарядов, охватываемых этой поверхностью, к электрической постоянной ε0 In accordance with the Gauss theorem for an electrostatic field in vacuum: the flow of electrostatic field intensity through an arbitrary closed surface S is equal to the ratio of the algebraic sum of the electric charges covered by this surface to the electric constant ε 0
Поверхность S (фиг.4) в плоском поле можно представить как цилиндр, вырезанный из электропроводящей бумаги с толщиной бумаги h. Так как вектор всюду параллелен основаниям полученного цилиндра, то интегрирование выражения EndS нужно произвести только по его боковой поверхности. Разобьем цилиндрическую поверхность на N прямоугольников с высотой h и основанием dl, площадь которых равна hdl. Это позволит перейти от интегрирования по боковой поверхности цилиндра к интегрированию по его профилюThe surface S (Fig. 4) in a flat field can be represented as a cylinder cut from electrically conductive paper with a paper thickness h. Since the vector everywhere parallel to the foundations of the resulting cylinder, the integration of the expression E n dS should be done only on its lateral surface. We divide the cylindrical surface into N rectangles with height h and base dl, whose area is hdl. This will allow us to move from integration along the lateral surface of the cylinder to integration along its profile
Соотношение (3) выражает теорему Гаусса для плоского электрического поля. Вместо потока вектора через замкнутую поверхность (2) в него входит интеграл по замкнутой кривой L (фиг.4), численно равный потоку вектора через боковую поверхность описанного выше цилиндра. Так как в однородной проводящей среде нет зарядов, то поток вектора через этот контур должен быть равен нулю.Relation (3) expresses the Gauss theorem for a plane electric field. Instead of a vector stream through the closed surface (2), it includes the integral over the closed curve L (Fig. 4), numerically equal to the flux of the vector through the side surface of the cylinder described above. Since there are no charges in a homogeneous conducting medium, the flux of the vector through this circuit should be equal to zero.
Заменим левую часть выражения (3) суммойReplace the left side of expression (3) with the sum
где Eni - проекция вектора на направлении вектора в i-й точке контура обхода L (фиг.4), - шаг измерений Eni на контуре L, соответствующий этой точке. Если шаг измерений для всех точек выбрать одинаковым, например, равным базе l двойного зонда со стрелкой 10, а значение Eni определять по формуле (1), тогда выражение (4) приобретает видwhere E ni is the projection of the vector in the direction of the vector at the i-th point of the loop circuit L (figure 4), is the measurement step E ni on circuit L corresponding to this point. If the measurement step for all points, choose the same, for example, equal to the base l of the double probe with
Таким образом, поток напряженности электростатического поля в вакууме сквозь поверхность S находим в виде суммы напряжений Ui, определяемых вольтметром с большим входным сопротивлением 9. При этом двойной зонд со стрелкой 10 в каждой i-й точке должен устанавливаться так, чтобы стрелка А совпадала с нормалью (фиг.4). Напряжение Ui следует измерять со своим знаком, тогда интеграл (5) будет практически равен нулю. Знаки напряжения указываются на табло вольтметра с большим входным сопротивлением 9. Чем меньше база l двойного зонда со стрелкой 10, тем точнее результат.Thus, the flow of electrostatic field strength in vacuum through the surface S is found as the sum of the voltages U i determined by a voltmeter with a
Рассмотрим, каким образом экспериментально подтверждаем теорему о циркуляции вектора напряженности электрического поля. Для этого будем исследовать электрическое поле, изображенное на фиг.5. Возьмем такой же вид лекала 7, как и на фиг.4.Let us consider how we experimentally confirm the theorem on the circulation of the electric field vector. To do this, we will examine the electric field depicted in figure 5. Take the same form of pattern 7 as in figure 4.
В соответствии с теоремой о циркуляции вектора вдоль произвольного замкнутого контура LAccording to the vector circulation theorem along an arbitrary closed loop L
Заменим интеграл (6) суммой, тогдаReplace the integral (6) with the sum, then
где Eli - проекция вектора на направлении вектора (фиг.5), Δli - шаг измерений. Если шаг Δli на всем контуре выбрать одинаковым и равным базе зонда Δli=l, а значение Eli определять по формуле (1), тогда выражение (7) примет видwhere E li is the projection of the vector in the direction of the vector (Fig. 5), Δl i is the measurement step. If the step Δl i on the entire circuit is chosen equal and equal to the probe base Δl i = l, and the value of E li is determined by the formula (1), then expression (7) will take the form
Из выражения (8) видно, что циркуляция вектора равна сумме напряжений Ui, измеренных вольтметром с большим входным сопротивлением 9, на контуре исследуемого лекала 7 с шагом l двойного зонда со стрелкой 10. При этом двойной зонд со стрелкой 10 в каждой i-ой точке контура лекала 7 должен устанавливаться так, чтобы стрелка А совпадала каждый раз с направлением вектора (фиг.5) (направлением обхода). Напряжение Ui следует суммировать со своими знаками, тогда интеграл (8) будет практически равен нулю. Чем меньше будет база двойного зонда 10, тем точнее результат.From the expression (8) it can be seen that the circulation of the vector equal to the sum of the voltages U i measured with a voltmeter with a
Рассмотрим, каким образом строятся линии равного потенциала, определяется напряженность электрического поля, а также направление градиента в любой точке поля.Consider how the lines of equal potential are built, the electric field strength is determined, as well as the direction of the gradient at any point in the field.
Для построения линий равного потенциала (изопотенциальных линий) сначала заводим документальный лист и укладываем на планшете 17, который имеет одинаковые размеры с планшетом с электропроводящей бумагой 1. На планшете с документальным листом 17 наносим оси координат "У", как показано на фиг.6, и делаем разметку. В качестве оси координат "X" используем обычную линейку, которая может перемещаться вверх или вниз по планшету с документальным листом 17. Затем отворачиваем центральный винт с гайкой 6 и убираем лекало из диэлектрика 7. Этим самым образуется чистое поле на планшете с электропроводящей бумагой 1. Переключатель на два положения 12 устанавливаем в положение "Одинарный зонд" (ОЗ). По заданию преподавателя или самостоятельно выбираем пару съемных проводящих шин 3, которые будут формировать требуемое электрическое поле. Оцениваем, как приблизительно выглядят эквипотенциальные линии выбранной пары съемных проводящих шин 3. Тем самым решаем вопрос о достаточном количестве экспериментальных точек, передающих особенности эквипотенциальных линий.To build lines of equal potential (isopotential lines), we first start a document sheet and lay it on a
Перемещая одинарный зонд 11, находим требуемые (задаваемые) потенциалы на планшете с электропроводящей бумагой 1. Устанавливаем одинарный зонд 11 перпендикулярно планшету с электропроводящей бумагой 1. Затем подводим подвижную линейку 16 до соприкосновения с иглой одинарного зонда 11. Определяем координату "X" этой точки, а по неподвижной линейке 13 определяем координату "У" этой точки. Наносим эту точку на планшет с документальным листом 17. Затем перемещаем подвижную линейку 16 вниз или вверх (например, на 1 см) и, передвигая одинарный зонд 11 по подвижной линейке 16 влево или вправо, находим точку равного потенциала и определяем ее координаты "X" и "У". Наносим координаты этой точки на планшет с документальным листом 17. По ряду таких точек на планшете с документальным листом 17 строим изопотенциальную линию с заданным потенциалом. Таким же образом строятся изопотенциальные линии, соответствующие разным значениям потенциала.Moving the single probe 11, we find the required (set) potentials on the tablet with electrically
Так как силовые линии электрического поля направлены перпендикулярно к изопотенциальным линиям и в сторону убывания потенциала, то, зная расположение изопотенциальных линий, можно сразу представить, куда направлен вектор в разных точках поля.Since the electric field lines are directed perpendicular to the isopotential lines and in the direction of decreasing potential, then, knowing the location of the isopotential lines, we can immediately imagine where the vector is directed at different points in the field.
Для определения напряженности электрического поля в произвольной точке поля (фиг.7) нужно провести через нее перпендикулярно к изопотенциальным линиям отрезок силовой линии Δl. Если интервал потенциала Δφ достаточно мал и поле в окрестности этой точки можно считать практически однородным (об этом можно судить по форме изопотенциальных линий), то, измерив длину отрезка силовой линии Δl, получим напряженностьTo determine the electric field strength at an arbitrary point on the field (Fig. 7), it is necessary to draw a segment of the field line Δl perpendicularly to the isopotential lines through it. If the potential interval Δφ is sufficiently small and the field in the vicinity of this point can be considered almost uniform (this can be judged by the shape of the isopotential lines), then, by measuring the length of the line of force Δl, we obtain the tension
Знак минус указывает, что вектор напряженности направлен в сторону убывания потенциала (фиг.7) Если выбрать шаг двойного зонда со стрелкой 10 Δl=1 см и выразить Δφ в вольтах, тогда получим формулу для расчета в произвольной точке А (фиг.7) напряженностиA minus sign indicates that the tension vector directed towards the decreasing potential (Fig. 7). If we select the step of a double probe with an arrow of 10 Δl = 1 cm and express Δφ in volts, then we will obtain a formula for calculating the tension at an arbitrary point A (Fig. 7)
В точке А можно также показать градиент потенциала, который направлен в сторону возрастания потенциала.At point A, you can also show the gradient of the potential, which is directed towards increasing potential.
По эквипотенциальным линиям можно построить несколько силовых линий электрического поля. Среди силовых линий Е выбрать одну линию l и выделить ее на планшете с документальным листом 17. Если выбрать произвольную силовую линию l, как показано на фиг.8, и за нулевую точку отсчета принять одну из пары съемных проводящих шин 3, а затем с помощью одинарного зонда 11 измерить потенциалы в обозначенных точках, то можно построить зависимость потенциала φ вдоль силовой линии l: φ=φ(l). В каждой точке силовой линии l находим напряженность электрического поля по формуле 9 и строим зависимость Е=f(l).Using equipotential lines, several electric field lines can be constructed. Among the power lines E, select one line l and select it on the tablet with
Рассмотрим построение силовых линий путем измерения проекций вектора на оси координат "X" и "У". Для этого переключатель на два положения 12 ставим в положение «Двойной зонд» (ДЗ). Разместим двойной зонд со стрелкой 10 в исходную точку на планшете с электропроводящей бумагой 1 и направим его стрелку сначала параллельно оси "X", а затем параллельно оси "У". Показание вольтметра 9 Δφx и Δφy отложим в удобном масштабе на планшете с документальным листом 17 и сложим их геометрически. Направление вектора находим по правилу, как показано на фиг.9. Модуль вектора Е находим по формулеConsider the construction of lines of force by measuring the projections of the vector on the coordinate axis "X" and "Y". To do this, set the switch to two positions 12 in the position of the "Double probe" (DZ). We place the double probe with
Построив отрезок, пропорциональный вектору (фиг.9), переносим двойной зонд со стрелкой 10 в его конечную точку на планшете с электропроводящей бумагой 1 и повторим измерения. Если соединить точки, в которых производились измерения плавной кривой на планшете с документальным листом 17, получим линию, близкую к искомой силовой линии (фиг.9).By constructing a segment proportional to the vector (Fig. 9), transfer the double probe with
Технико-экономическая эффективность предлагаемой установки заключается в том, что она обеспечивает повышение качества усвоения обучаемыми основных законов и явлений физики.The technical and economic efficiency of the proposed installation is that it provides an increase in the quality of assimilation by students of the basic laws and phenomena of physics.
Предлагаемая установка реализована на кафедре физики ВКА им. А.Ф.Можайского и используется в учебном процессе на лабораторных работах по электричеству.The proposed installation is implemented at the Department of Physics A.F. Mozhaysky and is used in the educational process for laboratory work on electricity.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142683/12A RU2479868C1 (en) | 2011-10-21 | 2011-10-21 | Plant for investigation of stationary electric field |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011142683/12A RU2479868C1 (en) | 2011-10-21 | 2011-10-21 | Plant for investigation of stationary electric field |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2479868C1 true RU2479868C1 (en) | 2013-04-20 |
Family
ID=49152800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011142683/12A RU2479868C1 (en) | 2011-10-21 | 2011-10-21 | Plant for investigation of stationary electric field |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2479868C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534979C1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-12-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Apparatus for investigating static electric field |
CN105608967A (en) * | 2015-12-31 | 2016-05-25 | 单森培 | High school electrical experiment box |
RU2606335C2 (en) * | 2015-01-26 | 2017-01-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Device for simulation of movement of liquid or gas on conductive paper |
CN109087567A (en) * | 2018-09-03 | 2018-12-25 | 南阳理工学院 | A kind of electrostatic field equipotential lines plotter based on two-dimensional coordinate orifice plate |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2284581C1 (en) * | 2005-06-06 | 2006-09-27 | Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского | Device for researching stationary electric field |
RU2292601C1 (en) * | 2005-06-06 | 2007-01-27 | Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского | Installation for studying an electromagnetic field |
-
2011
- 2011-10-21 RU RU2011142683/12A patent/RU2479868C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2284581C1 (en) * | 2005-06-06 | 2006-09-27 | Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского | Device for researching stationary electric field |
RU2292601C1 (en) * | 2005-06-06 | 2007-01-27 | Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского | Installation for studying an electromagnetic field |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
РЯЗАНОВ Г.А. Опыты и моделирование при изучении электромагнитного поля. - М.: Изд. "Наука", 1966, с.77, рис.7.2. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2534979C1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-12-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Apparatus for investigating static electric field |
RU2606335C2 (en) * | 2015-01-26 | 2017-01-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации | Device for simulation of movement of liquid or gas on conductive paper |
CN105608967A (en) * | 2015-12-31 | 2016-05-25 | 单森培 | High school electrical experiment box |
CN109087567A (en) * | 2018-09-03 | 2018-12-25 | 南阳理工学院 | A kind of electrostatic field equipotential lines plotter based on two-dimensional coordinate orifice plate |
CN109087567B (en) * | 2018-09-03 | 2023-09-29 | 南阳理工学院 | Electrostatic field equipotential line plotter based on two-dimensional coordinate pore plate |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2284581C1 (en) | Device for researching stationary electric field | |
RU2479868C1 (en) | Plant for investigation of stationary electric field | |
RU2504017C2 (en) | Apparatus for investigating electrostatic field | |
CN105845595A (en) | Performance test method for solar cell slurry | |
RU2507590C1 (en) | Apparatus for investigating electrostatic field by simulation | |
CN106370932A (en) | Thin silicon wafer resistivity test method and thin silicon wafer resistivity test system based on pseudo measurement method | |
DE102017105317B3 (en) | Device for characterizing the electrical resistance of a test object | |
RU2308095C1 (en) | Device for researching loading characteristics of a current supply | |
RU2507591C1 (en) | Apparatus for investigating passive elements of electric circuits | |
RU2504016C2 (en) | Apparatus for investigating eddy electric field | |
Hofer et al. | Analyzing 2D current distributions by magnetic field measurements | |
RU2534979C1 (en) | Apparatus for investigating static electric field | |
Shay et al. | Cylindrical geometry electroquasistatic dielectrometry sensors | |
RU2644098C2 (en) | Installation for solving third maxwell equation | |
RU2269823C1 (en) | Installation for testing vorticity electric field | |
Ausserlechner | An analytical theory of the signal-to-noise ratio of Hall plates with four contacts and a single mirror symmetry | |
CN205003937U (en) | Electrophysics experimental apparatus | |
RU2284580C1 (en) | Device for emitting vortical electric field | |
RU2621599C1 (en) | Installation for investigation of electric capasity of conductors on the model made of electric conducting paper | |
CN2932530Y (en) | A simulative electrostatic field drawing instrument | |
CN207366638U (en) | A kind of instrument suitable for concrete resistivity test | |
RU2357295C1 (en) | Device for investigating magnetic field of rectangular contour with current | |
RU2616915C2 (en) | Device for simulating electrostatic field at interface between two dielectrics | |
RU2137209C1 (en) | Device for detection of circulation of intensity vector of electric and magnetic field | |
RU2292602C1 (en) | Device for definition of circulation of vector voltage of a magnetic field |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131022 |