Laborbericht: Elektrisches Feld und Potential

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Physiklabor II: Bericht Nr. 2

Concepcion, 13. April 2009

Thema: Elektrisches Feld und Potential

Mitglieder:

Carla Caceres
Jorge Gonzalez
Fabian Soto

Lehrer: Alberto Soto
Assistent: Raul Augurto

Ziele

Bestimmung des elektrischen Potentials in einer Ebene durch das Zeichnen von Äquipotentiallinien.
Ableitung der Form des elektrischen Feldes einer Ladungsverteilung in der Ebene aus dem Diagramm der Äquipotentiallinien.

Materialien

Millimeterpapier
Glasküvette
Kabel
Voltmeter
Multimeter
Wasser
Halterung (Support)

Aufbau

Nachdem die Materialien überprüft wurden, um sicherzustellen, dass sie in gutem Zustand sind, wurde mit dem Aufbau auf der Arbeitsplattform begonnen. Die Glasschale wurde mit etwa 3 bis 4 mm Wasser gefüllt. Darunter wurde ein Blatt Millimeterpapier so platziert, dass die Linien eine gerade Fläche bilden. Mit der Halterung wurden die positive und die negative Ladung fixiert. Mit dem Voltmeter und dem Multimeter wurden die Millivolt-Werte gemessen, die das Gerät anzeigt, wenn die Sonde in das Wasser eintaucht (entweder am positiven Dipol oder an der Ablehnung). Die Werte wurden in einer Tabelle erfasst, um den Bericht vorzubereiten.

Theoretische Einführung

Zunächst werden einige grundlegende Konzepte für diesen Bericht definiert:

Äquipotentialflächen: Dies sind Bereiche, die an jedem Punkt das gleiche elektrische Potential aufweisen.
Feldlinien: Wir betrachten die Feldstärke anhand der Intensität der Feldlinien (von positiv nach negativ).
Elektrisches Feld: Eine Störung in der Nähe einer elektrischen Ladung, die durch die Ladung selbst erzeugt wird.

In diesem Labor wird die Existenz des elektrischen Feldes nachgewiesen sowie die Form und Richtung der Kraftlinien eines elektrischen Feldes bestimmt.

Versuchshypothesen

Das elektrische Feld ist vorhanden.
Feldlinien verlaufen von positiv nach negativ.
Das Wasser fungiert als Äquipotentialfläche.

Messungen

Tabelle der gewonnenen Messdaten

(x, y) in Millivolt:

(0,0): 4,55
(0,1): 4,57
(0,2): 4,58
(0,3): 4,60
(0,4): 4,62
(0,5): 4,64
(0,6): 4,65
(0,7): 4,66
(1,0): 4,26
(2,0): 3,88
(3,0): 3,32
(4,0): 2,65
(5,0): 2,20
(6,0): 2,41
(7,0): 2,61
(8,0): 2,81
(1,1): (1.7, 8.4)
(2,2): (2,3)
(3,3): (2.4, 2.3)
(4,4): (3.2, 2)
(5,5): (5.4, 6.8)

Analyse

Das untersuchte System und die Ladungsverteilung werden identifiziert: Dipol, Parallelplatten, flache Ladung und Punktladung. Gießen Sie Wasser in die Glasschale bis zu einer Tiefe von etwa 3 bis 4 mm. Messen Sie die elektrische Spannung zwischen der negativen Elektrode und jedem definierten Messpunkt in der horizontalen Ebene. Tabellieren Sie die Daten unter Berücksichtigung der Position (x, y) und des Potentialwerts. Zeichnen Sie mit dieser Datenbank die Äquipotentiallinien.

Daten für die grafische Auswertung

(0,0): 4,55
(0,1): 4,57
(0,2): 4,58
(0,3): 4,60
(0,4): 4,62
(0,5): 4,64
(0,6): 4,65
(0,7): 4,66
(1,0): 4,26
(2,0): 3,88
(3,0): 3,32
(4,0): 2,65
(5,0): 2,20
(6,0): 2,41
(7,0): 2,61
(8,0): 2,81
(1,1): (1.7, 8.4)
(2,2): (2,3)
(3,3): (2.4, 2.3)
(4,4): (3.2, 2)
(5,5): (5.4, 6.8)

Zeichnen Sie im Diagramm Vektoren ein, welche die angenommene Richtung des elektrischen Feldes in der Ebene zeigen. Vergleichen Sie die Ergebnisse mit der theoretischen Beschreibung der entsprechenden Symmetrie. Alternativ können die Ergebnisse genutzt werden, um den funktionalen Zusammenhang des Potentials in Abhängigkeit von der Entfernung zu finden. Im Falle von zylindrischen Elektroden korrigieren Sie die Kurve (verwenden Sie ln r).

Schlussfolgerungen

Mit den im Labor erhobenen Daten ist es möglich, ein Bild der Äquipotentialflächen und Feldlinien zu erstellen, wodurch das elektrische Feld grafisch visualisiert werden kann.
Es wurde die Gleichung für das elektrische Potential ermittelt: Y = -1,72X + 5,06. Durch Differenzierung dieser Gleichung nach x erhält man dy/dx = -1,72, woraus folgt, dass das elektrische Feld E = 1,72 r entspricht.

Kommentare

Da dies unser erstes Laborpraktikum war, gestaltete sich die Umsetzung dieses Berichts schwierig, und die Vorbereitung war nicht optimal. (Es ist zu berücksichtigen, dass dies das erste Labor war, weshalb die Durchführung der Messungen komplizierter erschien).

Referenzen

Serway, R. (1996): Physik Band 2. Editorial McGraw-Hill.