lab1:experiment_11

Эксперимент

Наиболее просто проверять законы электростатической индукции, экспериментируя с проводниками. Если две тонкие одинаковые металлические пластины, прижатые друг к другу плоскостями, внести в однородное поле $E$ конденсатора так, чтобы вектор нормали к пластинам совпал с вектором $E$, на боковых плоскостях составной пластины возникнут такие индуцированные заряды, что электрическое поле внутри пластин будет равно нулю, поэтому поверхностная плотность зарядов $\sigma $ определяется соотношением: $$\sigma = \pm \frac E{4\pi} \ \ (СГС) \ \ или \ \ \sigma = \pm \varepsilon _0 E \ \ (СИ). \ \ \ \ \ (35)$$ Заметим, что суммарный заряд составной пластины равен нулю. Если теперь развести тонкие пластины на небольшое расстояние так, чтобы они не соприкасались, и затем вынести из поля $E$, на каждой пластине останется заряд $$Q = \sigma S,\ \ \ \ \ (36)$$ где $S$ — площадь пластины. Величину этого заряда можно измерить, если прикоснуться вынесенными из поля пластинами к клеммам электростатического вольтметра и измерить напряжение $U$. Очевидно, что $$U=\frac Q{C_B+C_п}, \ \ \ \ \ (37)$$ где $C_B$ и $C_п$ — ёмкость вольтметра и пластин соответственно. Ёмкость можно измерить, проведя дополнительно опыт с известной емкостью $C_k$, присоединенной к входу вольтметра. Измеряя $$U_1=\frac Q{C_B+C_п} \ \ и \ \ U_2=\frac Q{C_B+C_п+C_k}, \ \ \ \ \ (38)$$ можно найти $Q$ и $C_B+C_п$1) Следует отметить, что предложенный в работе метод определения величины наведенного заряда может быть использован для измерения напряженности электростатического поля.

Вольтметр

В работе используется специальный статический вольтметр с высокоомным входом $R\sim 10^{10}$ Ом. Ёмкость такого вольтметра зависит от напряжения. По этой причине желательно заряжать конденсатор до одного и того же рабочего напряжения $5\leq U \leq 15$ В и считать, при этом, количество переносов заряда.

Вольтметр запитывается от перезаряжаемого аккумулятора и для начала работы его необходимо включить

а после работы, для предотвращения разряда — выключить.

Для измерения ёмкости системы — пластины + вольтметр подключать конденсатор с известной ёмкостью надо к клеммам входа вольтметра:

Далее указания и рекомендации

1)
Очевидно, что можно найти множество других способов нахождения емкости вольтметра и пластин. Например, соединить последовательно известную емкость с вольтметром и подать на эту цепь постоянное напряжение. Напряжение между ёмкостями поделится обратно пропорционально емкостям. Таким образом, неизвестная ёмкость будет выражаться как $C_X=C\frac{U_X}{U_{вход}-U_X}$, где $C_X$ — неизвестная емкость, $C$ — известная емкость, $U_{вход}$ — напряжение, подаваемое на всю цепь, $U_X$ — напряжение на неизвестной емкости (в нашем случае на вольтметре).