P3.1.4 Wpływ siły na pole elektryczne – Leybold

W jednorodnym polu elektrycznym, siła F działająca na podłużne naładowane cało jest proporcjonalna do całkowitego ładunku Q i natężenia pola elektrycznego E. 

Zatem, 

         

                       F = Q • E

 

W doświadczeniu P3.1.4.1, największy możliwy ładunek Q jest przenoszony na łyżkę elektrostatyczną z plastikowego pręta. Łyżka elektrostatyczna znajduje się w polu elektrycznym kondensatora płytowego i jest ustawiona równolegle do płyt. Aby zweryfikować proporcjonalną zależność pomiędzy siłą i natężeniem pola, siła F działająca na łyżkę elektrostatyczną jest mierzona w znanej odległości od płyty d w funkcji napięcia kondensatora 

U. Pole elektryczne E jest wyznaczane za pomocą równania 

 

Przyrząd pomiarowy w tym doświadczeniu jest waga prądowa, waga różnicowa z odczytem na wskaźniku świetlnym, w której mierzona siła jest kompensowana przez siłę sprężyny precyzyjnego dynamometru.

Siła w polu elektrycznym jest mierzona za pomocą czujnika siły podłączonego do przyrządu pomiarowego. Czujnik siły składa się z dwóch giętkich elementów połączonych równolegle z czterema czujnikami tensometrycznymi w układzie mostka; ich rezystancja elektryczna zmienia się przy podaniu obciążenia. Zmiana rezystancji jest proporcjonalna do siły działającej na czujnik. Przyrząd pomiarowy bezpośrednio wyświetla mierzoną siłę.

 

W doświadczeniu P3.1.4.2 napięciowa waga Kirchhoff’a jest ustawiona w celu pomiaru siły działającej pomiędzy dwoma naładowanymi płytami kondensatora płytowego. Przy danej powierzchni A, pomiar jest wykonywany w funkcji odległości płyty d i napięcia U. Celem analizy jest potwierdzenie proporcjonalności i wyznaczenie przenikalności dielektrycznej e0.

 

Doświadczenie P3.1.4.3 składa się z praktycznego badania zasady obrazów ładunków. Tutaj, mierzona jest siła przyciągania działająca na naładowaną kulę przed metalową płytą. Siła ta jest równoważna do siły o równym, przeciwnym ładunku w odległości 2d. Zatem, jest opisywana wzorem.

 

Najpierw, siła dla danego ładunku Q jest mierzona w funkcji odległości d. Pomiar jest następnie powtarzany z połową ładunku.

Celem analizy jest potwierdzenie proporcjonalności.