11. Ekvipotenciális vonalak kimérése elektromos térben
Feladat:
A megadott eszközökből az utasítás alapján állítsa össze a kísérletet!
Mérje ki az ekvipotenciális vonalakat lapos potenciálkádban egy hosszabb, egyenes rúd alakú és egy kisebb, korong alakú fémelektróda közti térrészben!
A kimért ekvipotenciális vonalak alapján készítsen közelítő vázlatrajzot a tér erővonal‑szerkezetéről!
Szükséges eszközök
Feszültségforrás (kb. $10\ \mathrm{V}$ egyenfeszültség – pl. 2 db sorba kötött laposelem), nagy belső ellenállású feszültségmérő, lapos potenciálkád, vezetékek, négyzethálós papír (milliméterpapír).
Megjegyzés:
A kísérlethez szükséges potenciálkád házilagosan egyszerűen elkészíthető.
Legalább $10\times 20\ \mathrm{cm}$ alapterületű lapos műanyagkád (műanyagtálca) aljára négyzethálós beosztású papírlapot helyezünk (ha a tál alja átlátszó, a papírt célszerűen a tál alá rögzítjük, ha a tál alja nem átlátszó a papír a tálba kerül. Ez utóbbi esetben az átnedvesedő papírt esetenként cserélni kell.) A tálba néhány mm magasan csapvizet töltünk. A tálba helyezhető fémelektródák anyaga célszerűen alumínium vagy réz. (A vas rozsdásodik!) Előnyős olyan elektródákat használni, amelyek önmagukban is stabilan megállnak a kád alján. (Ilyen például az L profilú alumínium‑sín vagy a négyzetes keresztmetszetű alumínium zártszelvény – lásd fotó.) Az elektródákhoz egyszerűen csatlakozhatunk az iskolai kísérletezésben használt röpzsinórokkal, ha az elektródákra a banándugónak megfelelő lyukakat fúrunk.
Az ajánlott kísérleti összeállítás fotóját és a kapcsolási rajzot az ábra mutatja.
A kísérlet leírása
A kapcsolási rajz alapján állítsa össze a mérést! Figyeljen arra, hogy az elektródák a négyzetháló vonalaira illeszkedjenek! A mérési eredmények rögzítésére készítsen elő a tál alján lévő négyzethálós laphoz hasonló papírt, és erre rajzolja be az elektródák pontos helyét! Helyezze feszültség alá az áramkört, majd a feszültségmérő szabad potenciálvezetékét mártsa a vízbe és figyelje a feszültségmérő műszert! A potenciálvezeték helyzetét ne változtassa addig, míg a műszer megállapodik és a feszültséget pontosan le tudja olvasni! Ezután helyezze át a potenciálvezetéket a tér más pontjaiba és végezze el itt is a mérést! Keresse meg azokat a pontokat, ahol a mért potenciál azonos!
- Mérjen ki a kádban néhány ekvipotenciális vonalat, és rajzolja be azokat a négyzethálós papírlapra, a vonalakon tüntesse fel a mért feszültség értékét is!
- A kimért ekvipotenciális vonalak alapján készítsen vázlatos rajzot a tér erővonal‑szerkezetéről!