付芳芳 張逢春

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)長(zhǎng)城學(xué)院 河北 保定 071000)

侯雙印

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院 河北 保定 071000)

馬全喜

(河北大學(xué)物理學(xué)院，河北 保定 071000)

1 引言

模擬法描繪靜電場(chǎng)，是通過(guò)與某靜電場(chǎng)有相似數(shù)學(xué)表達(dá)式的模擬場(chǎng)的測(cè)定，間接地獲得原靜電場(chǎng)的有關(guān)信息.

實(shí)驗(yàn)中電極間用不良導(dǎo)體(如導(dǎo)電紙、自來(lái)水或礦泉水、導(dǎo)電玻璃等)連接或填充，以獲得與某靜電場(chǎng)數(shù)學(xué)函數(shù)式相同的模擬場(chǎng).但無(wú)論采用哪種導(dǎo)電介質(zhì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值均存在不同程度的偏差.使用導(dǎo)電紙，打點(diǎn)分布較均勻，但需經(jīng)常更換；使用自來(lái)水，取用方便，但其導(dǎo)電率隨客觀(guān)條件變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果忽左忽右；使用導(dǎo)電玻璃效果最好，但制作成本較高，不為多數(shù)儀器廠(chǎng)家所采用.為使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更接近理想值，方便實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備，又能供多數(shù)廠(chǎng)家的不同型號(hào)儀器使用.我們以圓柱形電極為例，使用氯化鈉溶液(蒸餾水+氯化鈉)，在不同的電導(dǎo)率或濃度下進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn).

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

采用JD-LE-I型靜電場(chǎng)描繪儀，電極電壓U=10.0 V，中心圓柱形電極半徑R1=5.00±0.02 mm，外圓形電極內(nèi)半徑R2=50.00±0.02 mm,FA2204B電子天平,DDS-307電導(dǎo)率儀.實(shí)驗(yàn)材料是蒸餾水和優(yōu)級(jí)純NaCl(58.44 g/mol).

等勢(shì)線(xiàn)半徑測(cè)量：從同一等勢(shì)線(xiàn)上的9個(gè)點(diǎn)中選擇3個(gè)點(diǎn)(盡量互成120°)作三角形，通過(guò)確定圓心的方法得到一個(gè)半徑，同樣再作兩個(gè)三角形分別找圓心測(cè)得兩個(gè)半徑，三個(gè)半徑取平均值，再與理論值比較.

表1 0.427 8*10-2 mol/l的NaCl水溶液(電導(dǎo)率σ=630 μs·cm-1)

表2 0.855 6*10-2mol/l的 NaCl水溶液(電導(dǎo)率σ=1 160 μs·cm-1)

表3 1.711*10-2 mol/l的NaCl水溶液(電導(dǎo)率σ=2130 μs·cm-1 )

表4 3.422*10-2 mol/l的NaCl水溶液(電導(dǎo)率σ=3 830 μs·cm-1)

表5 5.698*10-2 mol/l的NaCl水溶液(電導(dǎo)率σ=6 240 μs·cm-1)

說(shuō)明：

(1)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，濃度小于0.427 8*10-2mol/L和濃度大于5.698*10-2mol/L還有多組數(shù)據(jù)，只是考慮到已經(jīng)有了最佳選擇，其他數(shù)據(jù)已失去列出的意義，故文中沒(méi)有列出.

(2)由于導(dǎo)電液體濃度很小，對(duì)電極沒(méi)有造成明顯腐蝕或污染.

3 數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

從上面所列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,采用氯化鈉水溶液作為導(dǎo)電液體，其濃度可控制在0.855 6*10-2mol/L(電導(dǎo)率在1 160μs·cm-1)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論值最接近.

參考文獻(xiàn)

1 侯雙印.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)(第二版).北京.中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社. 2008.132～136

2 魏四群.關(guān)于靜電場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)電介質(zhì)形狀的選擇問(wèn)題.河北師范大學(xué)學(xué)報(bào),1989

3 王應(yīng)德,等.模擬靜電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)電介質(zhì)的選擇.物理實(shí)驗(yàn)，2001(8)

4 歐陽(yáng)紅,等.改進(jìn)‘用模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng)’實(shí)驗(yàn). 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2001(1)

5 郭文祥.靜電場(chǎng)模擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)明確的幾個(gè)問(wèn)題.物理通報(bào)，1994(12)

6 岳開(kāi)華,等.用自來(lái)水做模擬靜電場(chǎng)實(shí)驗(yàn).楚雄師范學(xué)院學(xué)報(bào)，1989(3)