Определение точек, равноотстоящих по значению потенциала

Эквипотенциальные линии принято проводить так, чтобы между любыми соседними линиями разность потенциалов была одна и та же. Поэтому вначале необходимо на одной горизонтальной линии в середине ванны отметить точки, равноотстоящие друг от друга по потенциалу. Соседние эквипотенциальные линии тогда будут проходить через соседние отмеченные точки.

Проведем следующие простые манипуляции. Погружаем в ванну электроды – аналоги заряженных тел. Подаем на них напряжение. Погружаем теперь зонды в ванну – один зонд вблизи левого электрода, другой – вблизи правого (зонды следует ставить строго вертикально и не касаться ими электродов). При этом цифровой вольтметр покажет значение U, несколько отличающееся от величины . Положение зондов отмечаем на миллиметровой бумаге. Приписываем левой точке значение потенциала 0 вольт, правой точке – значение U вольт.

Теперь правый зонд приставляем к левому и, перемещая его от левого зонда по выбранной горизонтальной линии в середине ванны, отмечаем точки, соответствующие напряжениям в 1/6, 2/6, 3/6, 4/6, 5/6 от значения U. В итоге мы получаем семь точек, равноотстоящих по потенциалу.

Примечание. При погружении электродов в проводящую среду (воду) вследствие ограниченности размера ванны и различия в уровнях воды в разных ее местах картина электрического поля в ней может отличаться от картины в отсутствие ванны. Это следует учесть при сопоставлении теоретических и экспериментальных схем силовых и эквипотенциальных линий.

Определение эквипотенциальных линий

Для заданной пары электродов мы будем определять пять эквипотенциальных линий, соответствующих значениям U/6…5U/6 в. Для построения каждой из этих пяти линий найдем не менее 10 точек равного потенциала вдоль ожидаемой эквипотенциальной линии.

Определим, к примеру, эквипотенциальную линию, соответствующую значению потенциала U/6 в. Для этого один зонд (например, левый) ставим в уже отмеченную точку этого потенциала и в дальнейшем все время удерживаем в данном месте, не перемещая и не вынимая его из ванны. Вторым зондом будем вести поиск других точек того же потенциала, т.е. точек, напряжение между которыми равно нулю. Для этого удобно вторым (правым) зондом водить поперек ожидаемой эквипотенциальной линии вблизи второй, третьей и т. д. ожидаемой точки того же потенциала. В искомых точках вольтметр должен показывать минимально возможное значение напряжения (нулевого значения напряжения иногда невозможно добиться из-за наличия наводок и других несовершенств методики эксперимента).

После того как первая эквипотенциальная линия вычерчена, переходим к нахождению второй эквипотенциальной линии. Для этого первый (левый) зонд помещаем в точку потенциала 2/6U в и вторым зондом ведем поиск других точек того же потенциала и т. д. Зонды следует ставить строго вертикально. Особенно следите за неподвижностью левого, неперемещаемого зонда.

Возможен, конечно, и иной способ определения эквипотенциальных точек. Например, левый зонд ставим в точку, которой приписан потенциал 0 в, а вторым зондом по всей ванне ищем точки потенциала U/6 в. Так мы находим эквипотенциальную линию с данным значением потенциала. Затем аналогично ищем эквипотенциальную линию со значением потенциала 2/6U в и т. д. Однако точность определения эквипотенциальных точек этим способом несколько ниже, чем первым способом.

Построение силовых линий напряженности

электрического поля

Пять силовых линий напряженности электрического поля проводятся исходя из теоретически известного взаимного расположения силовых линий и эквипотенциальных поверхностей. При этом необходимо соблюдать соглашение о густоте силовых линий: там, где поле сильнее, линии должны проводиться гуще.

Погрешность определения координат

Эквипотенциальных точек

Погрешность определения координат эквипотенциальных точек обусловлена погрешностью отсчета по координатной сетке  и погрешностью , определяемой чувствительностью экспериментальной установки:

.                                    (1)

Вследствие грубости координатной сетки установки первая погрешность s_x1 зависит в основном от глазомера экспериментатора, а также от точности переноса найденной точки на миллиметровую бумагу.

Вторая погрешность  оценивается как

,                                           (2)

где – максимальное расстояние в поперечном к эквипотенциальной линии направлении, при смещении зонда на которое показание вольтметра заметно не изменяется. Величина  может быть названа зоной нечувствительности.