模拟法描绘静电场实验中导电液体的选择与研究

付芳芳 张逢春

(中国地质大学(北京)长城学院 河北 保定 071000)

侯双印

(河北农业大学理学院 河北 保定 071000)

马全喜

(河北大学物理学院，河北 保定 071000)

1 引言

模拟法描绘静电场，是通过与某静电场有相似数学表达式的模拟场的测定，间接地获得原静电场的有关信息.

实验中电极间用不良导体(如导电纸、自来水或矿泉水、导电玻璃等)连接或填充，以获得与某静电场数学函数式相同的模拟场.但无论采用哪种导电介质，实验结果与理论值均存在不同程度的偏差.使用导电纸，打点分布较均匀，但需经常更换；使用自来水，取用方便，但其导电率随客观条件变化，实验结果忽左忽右；使用导电玻璃效果最好，但制作成本较高，不为多数仪器厂家所采用.为使实验数据更接近理想值，方便实验室准备，又能供多数厂家的不同型号仪器使用.我们以圆柱形电极为例，使用氯化钠溶液(蒸馏水+氯化钠)，在不同的电导率或浓度下进行了以下实验.

2 实验数据

采用JD-LE-I型静电场描绘仪，电极电压U=10.0 V，中心圆柱形电极半径R1=5.00±0.02 mm，外圆形电极内半径R2=50.00±0.02 mm,FA2204B电子天平,DDS-307电导率仪.实验材料是蒸馏水和优级纯NaCl(58.44 g/mol).

等势线半径测量：从同一等势线上的9个点中选择3个点(尽量互成120°)作三角形，通过确定圆心的方法得到一个半径，同样再作两个三角形分别找圆心测得两个半径，三个半径取平均值，再与理论值比较.

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

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

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

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

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

说明：

(1)在进行数据采集时，浓度小于0.427 8*10-2mol/L和浓度大于5.698*10-2mol/L还有多组数据，只是考虑到已经有了最佳选择，其他数据已失去列出的意义，故文中没有列出.

(2)由于导电液体浓度很小，对电极没有造成明显腐蚀或污染.

3 数据分析与结论

从上面所列实验数据可以看出,采用氯化钠水溶液作为导电液体，其浓度可控制在0.855 6*10-2mol/L(电导率在1 160μs·cm-1)，实验数据与理论值最接近.

参考文献

1 侯双印.大学物理实验(第二版).北京.中国农业出版社. 2008.132～136

2 魏四群.关于静电场模拟实验中导电介质形状的选择问题.河北师范大学学报,1989

3 王应德,等.模拟静电场实验中导电介质的选择.物理实验，2001(8)

4 欧阳红,等.改进‘用模拟法测绘静电场’实验. 大学物理实验,2001(1)

5 郭文祥.静电场模拟实验应当明确的几个问题.物理通报，1994(12)

6 岳开华,等.用自来水做模拟静电场实验.楚雄师范学院学报，1989(3)