Referaty
Home
Anglictina
Biologie
Chemie
Dejepis-Historie
Diplom-Projekt
Ekonomie
Filozofie
Finance
Fyzika
Informatika
Literatura
Management
Marketing
Medicina
Nemcina
Ostatni
Politika
Pravo
Psychologie
Public-relations
Sociologie
Technologie
Zemepis-Geografie
Zivotopisy




Téma, Esej na téma, Referátu, Referát, Referaty Semestrální práce:

Sledování elektrostat. polí v elektrolytické vaně

ZČU Plzeň, Katedra fyziky

 

Fyzikální praktikum

Název úlohy:

Sledování elektrostat. polí v elektrolytické vaně


Obecná část:

Při konstrukci elektronek, kondenzátorů, elektronických čoček a dalších přístrojů se často potřebuje znát rozdělení elektrického pole v prostoru, mezi elektrodami složitějšího tvaru. Analytické rozdělení pole je známé pouze při zcela jednoduchých konfiguracích elektrod, ale v obecném případě je nelze početně řešit. složité elektrostatické pole se proto sledují experimentálně. K měření se často používá elektrolytické vany.



Měření v elektrolytické vaně se provádí pomocí elektrod, jejichž tvar v určitém měřítku, nejčastěji zvětšeném, odpovídá skutečnosti. Na elektrody se vkládají potenciály, rovnající se vzdálenosti přirozeným nebo změněné v určitém poměru – zvláště zmenšené. Přitom vzniká mezi elektrodami elektrické pole, shodné s ním až na měřítko, v konfiguraci.

Prostor mezi elektrodami zaplníme slabě vodicí kapalinou. Záměna nevodivého prostředí za vodivé by mohla, obecně řečeno, změnit rozdělení elektrického pole. Vysvětlíme, jaké jsou nutné podmínky pro to, aby k takovým změnám nedošlo.

Rozdělení elektrického pole v prostoru je určeno parciální diferenciaci rovnicemi (Maxwellovy rovnice), jejichž řešení závisí jak na tvaru rovnic, tak na okrajových podmínkách. Není těžké ukázat, že tvar rovnic při změně nevodivého prostředí za vodivé se nemění: hustota elektrického proudu j uvnitř kapaliny splňuje rovnici kontinuity.

(1)

div j = 0

Použijeme-li Ohmův zákon v diferenciálním tvaru

(2)

j = l * E,

kde l je el. vodivost a E intenzita el. pole, dostaneme z (1) 19542puy56jbo4n

(3)

div E = 0

Tyto rovnice zcela určují chování pole v oblasti mezi elektrodami. Témže podmínkám odpovídá , jak známo i el.stat. pole E ve vakuu.

Hlavní pozornost musí být proto obrácena na okrajové podmínky na elektrodách. Je-li el.vodivost malá, je malý také proud a vektor intenzity E je prakticky přesně kolmý k povrchu elektrod, takže hranice elektrod se jeví jako ekvipotenciální plocha. To platí i v případě, kdy prostředí je nevodivé, takže podmínky ve skutečnosti a v elektrolytické vaně jsou stejné.

Kromě okrajových podmínek na elektrodách se uplatňují okrajové podmínky v kapalinách i na povrchu, na stěnách a na dně nádoby. Nejjednodušší je případ , kdy stěny nádoby a povrch kapaliny jsou tak daleko od sledované oblasti, že neovlivňují rozdělení elektrolytického potenciálu. Přitom okrajové podmínky v elektrolytické vaně plně odpovídají podmínkám ve skutečnosti a rozdělení potenciálu bude nejlepší.

Okrajové podmínky na povrchu kapaliny a vzduchu jsou určeny tím, že el.proud nemůže vycházet z vodivé kapaliny do nevodivého vzduchu. Protože hustota proudu je úměrná intenzitě el.pole E, nemá vektor E složku kolmou k povrchu. Totéž platí na dně a stěnách vany. Stěny se většinou nalézají dostatečně daleko od sledovaného objemu, takže jejich působení je možné zanedbat.



V elektrolytické vaně se obvykle neměří vektory intenzity pole, ale elektrické potenciály. Pro měření se do kapaliny vkládají sondy – tenké kovové tyčinky spojené s měřící aparaturou.

Vložením kovových vodičů do kapaliny se změní rozložení pole v kapalině, protože kolem sondy se tvoří ekvipotenciální plocha. Proto měřící sondy nezpůsobí zkreslení modelu tehdy, jestliže jsou umístěny ve směru ekvipotenciálních čar.

Zvláště vhodné je pomocí sond sledovat rovinná pole. Menší zkreslení jsou způsobena tím, že sonda nemůže být vyrobena nekonečně tenká.

Měření:

Měřící pomůcky: ub542p9156jbbo

  1. elektrolytická vana

  2. měděné elektrody různých tvarů

  3. voltmetr

  4. zdroj napětí

  5. milimetrové papíry A3

Pracovní úkol:

  1. Vyhledejte ekvipotenciální křivky alespoň pro dvě konfigurace elektrod.

  2. Body stejného potenciálu na milimetrovém papíru proložte křivkami, označte hodnotami potenciálu a zakreslete siločáry.

Postup měření

Na elektrody vložíme SS napětí do 5 V, zvolíme tvar a uspořádání elektrod. Elektrody by měli být dostatečně blízko u sebe, aby pole bylo dostatečně výrazné, ale nesmějí být umístěny blízko stěn vany. Postavení elektrod si nakreslíme na milimetrový papír. Při určování ekvipotenciálních křivek hledáme pomocí indikační sondy v celém prostoru vany místa stejného potenciálu. Souřadnice bodů zaznamenáváme na milimetrový papír. Krok změny potenciálu zvolíme 0,5 V. Body se stejným potenciálem spojíme.

Závěr:

Měření zřejmě neproběhlo dostatečně rychle, což mělo za následek výraznější změnu okolních podmínek na začátku a na konci experimentu, která vyústila ve zkreslení siločar (nesymetricky posunuté vpravo).