模擬法描繪靜電場實驗中導電液體的選擇與研究

付芳芳 張逢春

(中國地質大學(北京)長城學院 河北 保定 071000)

侯雙印

(河北農業大學理學院 河北 保定 071000)

馬全喜

(河北大學物理學院，河北 保定 071000)

1 引言

模擬法描繪靜電場，是通過與某靜電場有相似數學表達式的模擬場的測定，間接地獲得原靜電場的有關信息.

實驗中電極間用不良導體(如導電紙、自來水或礦泉水、導電玻璃等)連接或填充，以獲得與某靜電場數學函數式相同的模擬場.但無論采用哪種導電介質，實驗結果與理論值均存在不同程度的偏差.使用導電紙，打點分布較均勻，但需經常更換；使用自來水，取用方便，但其導電率隨客觀條件變化，實驗結果忽左忽右；使用導電玻璃效果最好，但制作成本較高，不為多數儀器廠家所采用.為使實驗數據更接近理想值，方便實驗室準備，又能供多數廠家的不同型號儀器使用.我們以圓柱形電極為例，使用氯化鈉溶液(蒸餾水+氯化鈉)，在不同的電導率或濃度下進行了以下實驗.

2 實驗數據

采用JD-LE-I型靜電場描繪儀，電極電壓U=10.0 V，中心圓柱形電極半徑R1=5.00±0.02 mm，外圓形電極內半徑R2=50.00±0.02 mm,FA2204B電子天平,DDS-307電導率儀.實驗材料是蒸餾水和優級純NaCl(58.44 g/mol).

等勢線半徑測量：從同一等勢線上的9個點中選擇3個點(盡量互成120°)作三角形，通過確定圓心的方法得到一個半徑，同樣再作兩個三角形分別找圓心測得兩個半徑，三個半徑取平均值，再與理論值比較.

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

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

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

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

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

說明：

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

(2)由于導電液體濃度很小，對電極沒有造成明顯腐蝕或污染.

3 數據分析與結論

從上面所列實驗數據可以看出,采用氯化鈉水溶液作為導電液體，其濃度可控制在0.855 6*10-2mol/L(電導率在1 160μs·cm-1)，實驗數據與理論值最接近.

參考文獻

1 侯雙印.大學物理實驗(第二版).北京.中國農業出版社. 2008.132～136

2 魏四群.關于靜電場模擬實驗中導電介質形狀的選擇問題.河北師范大學學報,1989

3 王應德,等.模擬靜電場實驗中導電介質的選擇.物理實驗，2001(8)

4 歐陽紅,等.改進‘用模擬法測繪靜電場’實驗. 大學物理實驗,2001(1)

5 郭文祥.靜電場模擬實驗應當明確的幾個問題.物理通報，1994(12)

6 岳開華,等.用自來水做模擬靜電場實驗.楚雄師范學院學報，1989(3)