Badanie pola elektrycznego metodą wanny elektrolitycznej

Wielkości charakteryzujące pole elektryczne:

Natężenie pola elektrycznego E w danym punkcie nazywamy stosunek siły, jakiej doznaje mały, próbny, dodatni nabój q do wartości tego ładunku.

Natężenie elektryczne jest wielkością wektorową.

Natężenie równomiernego pola elektrycznego jest wprost proporcjonalne do napięcia między naładowanymi płytkami a odwrotnie proporcjonalne do odległości między nimi.

Linią natężenia nazywamy krzywą o tej własności, że wektor natężenia pola jest do niej styczny. Pole nazywamy jednorodnym, jeżeli .

Potencjałem elektrycznym w punkcie A pola elektrycznego nazywamy stosunek pracy wykonanej przy przemieszczeniu ładunku próbnego q z punktu A do punktu położonego w nieskończoności, do ładunku próbnego q.

Potencjałem elektrycznym V pola nazywamy funkcję współrzędnych x, y, z o tej własności, że:

                          ,       , 

W polu elektrycznym możemy wyróżnić powierzchnię w której wszystkie punkty mają ten sam potencjał. Taką powierzchnię nazywamy powierzchnię równego potencjału lub ekwipotencjalną.

Indukcja elektryczna jest równa iloczynowi natężenia pola elektrycznego i przenikalności elektrycznej bezwzględnej środowiska.

                                     D=e * E

Strumień indukcji elektrycznej jest równy iloczynowi wektora indukcji prostopadłego do powierzchni przez tę powierzchnię.

Twierdzenie Gaussa

Strumień wektora indukcji elektrycznej przenikający powierzchnię zamkniętą jest równy sumie ładunków znajdujących się w obszarze ograniczonym tą powierzchnią.

                                   Y=S Q

Wykreślanie powierzchni ekwipotencjalnej przy użyciu wanny elektrolitycznej.

Zasada wanny elektrolitycznej polega na w istocie na na tym, że rozkład potencjału między elektrodami otoczonymi słabym elektrolitem jest taki sam, jak między takimi samymi elektrodami w próżni lub izotropowym dielektryku. Przepływ prądu przez elektrolit musi czynić zadość prawu Ohma, a opór właściwy elektrolitu musi być dużo większy od oporu właściwego elektrod.

                                      Schemat połączeń elektrycznych

Wanna elektrolityczna jest płaskodennym naczyniem ustawionym poziomo za pomocą libelli. Napełniamy ją kilkumilimetrową warstwą roztworu wodnego CuSO4 . Do roztworu wkładamy  dwie elektrody  z blachy miedzianej o żądanych kształtach, a następnie przykładamy do nich napięcie Uo . Ponieważ powierzchnie ekwipotencjalne wykreślamy dla różnych napięć więc dzielimy Uo na kilka równych części za pomocą dzielnika napięć D. Umieszczając ruchomy styk S kolejno w punktach odbieramy z punktów P i Bn napięcie .Szukając napięcia Un posługujemy się miedzianą sondą S1 połączoną poprzez mikroamperomierz(jeśli posiadamy mikroamperomierz na prąd stały musimy w obwód podłączyć prostownik), z przełącznikiem S. Zerowe natężenie prądu we wskaźniku świadczy, że sonda znajduje się na powierzchni Un=const.

wniosek:

Na podstawie wykresów możemy stwierdzić, że rozkład i kształt linii ekwipotencjalnych oraz linii pola elektrycznego zależy od kształtu oraz usytuowania elektrod wokół siebie. W miarę wzrostu odległości między elektrodami wartość natężenia pola maleje. 

1