Mapování elektrického pole

Úkol: Zmapujte elektrické pole mezi dvěma rovnoběžnými elektrodami a určete jeho intenzitu v oblasti, kde je homogenní.

Vybavení: Průhledná nádoba obdélníkového tvaru s plochým dnem a nepříliš vysokými stěnami, dva listy milimetrového papíru, zdroj 15 V ss, dvě kovové elektrody, voltmetr s hrotovou sondou, vodiče, izolepa

Příprava experimentu

K protilehlým stěnám průhledné nádoby izolepou přilepte kovové elektrody tak, aby dosahovaly až ke dnu. Do nádoby napusťte vodu do výšky přibližně 5 až 8 mm. Izolepa by neměla překrývat ponořené částí elektrod. Zapojte obvod podle schématu. Pod nádobu umístěte první list milimetrového papíru s vyznačenou soustavou souřadnic – ke stažení zde. Díky ní můžeme odečítat přesnou polohu sondy.

Umístěte sondu do libovolného bodu kapaliny. Jakou veličinu zaznamenává voltmetr?

Nakloňte sondu směrem k jedné elektrodě. Co pozorujete? Co z toho můžete usoudit pro kvalitní zmapování pole?

Ekvipotenciální hladiny

Na druhý list milimetrového papíru (záznamový) překreslete soustavu souřadnic a vyznačte do ní přesnou polohu elektrod.

Pomocí sondy najděte ve vodě bod, jehož potenciál je 6 V vůči záporné elektrodě. Polohu tohoto bodu vyznačte křížkem na záznamový papír. Stejným způsobem najděte a zakreslete 10 bodů v kapalině o potenciálu 6 V. Body by měly být vhodně vzdáleny od sebe. Prozkoumejte i pole mimo oblast mezi elektrodami.

Podobně zmapujte 10 bodů o potenciálech 3 V, 9 V a 12 V.

Získanými body téhož potenciálu proložte hladké křivky. Tyto křivky znázorňují tvar ekvipotenciálních hladin.

Siločáry elektrického pole

Siločára je křivka vycházející z kladného a končící na záporném tělese s kolmým směrem na každou ekvipotenciální hladinu. Ukazuje, jakým směrem by na kladnou částici v daném bodě elektrického pole působila elektrická síla.

Na záznamový milimetrový papír znázorněte několik siločar jak v oblasti mezi elektrodami, tak i mimo tuto oblast. Elektroda je taktéž ekvipotenciální hladinou.

Do záznamu barevně vyznačte oblast, kde je elektrické pole homogenní (siločáry jsou rovnoběžné).

Intenzita elektrického pole

V oblasti, kde je pole homogenní, na jedné vybrané siločáře označte písmeny M, N, O, P, Q, R její průsečíky s ekvipotenciálními hladinami.

Elektrické napětí \(U_{AB}\) je rozdíl potenciálů mezi body A a B, platí \(U_{AB}=\varphi_A-\varphi_B\).

Doplňte následující tabulku.

Intenzita elektrického pole \(\Vec{E}\) má význam síly, která by v daném místě působila na bodový náboj o velikosti 1 C. Vektor \(\Vec{E}\) má tedy směr tečny k siločáře. Jeho velikost můžeme u homogenního pole počítat ze vztahu \(E=U_{AB}/|AB|\).

Závěr: Vlastními slovy popište vlastnosti elektrického pole v oblasti mezi elektrodami a mimo tuto oblast. Znázorněte vektory \(\Vec{E}\) do záznamového listu.