3010

Моделирование электропотенциального поля в проводящей среде

Практическая работа

Физика

Используя экспериментальные данные, полученные при моделировании электропотенциального поля в проводящей среде, найти пересечения эквипотенциальных поверхностей Ui, соответствующих значениям U1 = 1,500 B, U2 = 0,160 B и U3 = 0.104 В, с осями х, у и ...

Русский

2012-10-23

42.59 KB

2 чел.

Используя экспериментальные данные, полученные при моделировании электропотенциального поля в проводящей среде, найти пересечения эквипотенциальных поверхностей Ui, соответствующих значениям U1 = 1,500 B, U2 = 0,160 B и U3 = 0.104 В, с осями х, у и радиусом Rα, проходящим под углом 45о к вышеуказанным осям.

Построить графики сечений заданных поверхностей Ui.

Построить график распределения разностей потенциалов Ui по оси х при у = 35.

Для построения сечений заданных по экспериментальным данным эквипотенциальных поверхностей необходимо найти их точки пересечения с осями х, у и радиусом .

Для построения экспериментальной кривой, соответствующей значению U1 = 1,500 B, предположим, что распределение разности потенциалов по оси  х от точки с координатами (2;1) при U2 = 2,180В до точки (5; 1) при U5 = 1,190В описывается квадратичной функцией вида

Ux=ax + bx2.      (1)

Подставляя х = 2, х = 5 и соответствующие им разности потенциалов в выражение (1), получаем систему уравнений с коэффициентами а и b

,     (2)

решая которую находим значения коэффициентов

а = 1,658  и  b = – 0,284 .     (3)

При этом выражение (1) с учетом a и b принимает вид

Ux= 1,658x  0,284x2.     (4)

Для значения U1 = 1,500 В получаем квадратное уравнение:

х2 – 5,838х + 5,282 = 0,     (5)

решая которое, находим требуемый корень уравнения х1 = 6,634мм. Следовательно, кривая U1 = 1,500 В пересекает ось х в точке с координатами (6,634; 0).

Распределение разности потенциалов по оси у от точки (0; 2) при U2 = 3,235 В до точки (0; 5) при U5 = 1,252В описывается квадратичной функцией

Uy = cy + dy2.     (6)

При подстановке значений у = 2, у = 5 и соответствующих им значений разностей потенциалов в выражение (6) получаем систему уравнений

     (7)

Решив систему уравнений (7) имеем

с = 2,529  и   d = – 0,456 .     (8)

Следовательно, экспериментальное распределение по оси у с учетом (6) и (8) принимает вид

Uy=2,529  y – 0,456 y2.     (9)

Для значения U1 = 1,500В  в  получаем квадратное уравнение

у2 – 5,546у + 3,289 = 0.          (10)

Решая (10), находим требуемый корень уравнения у1 = 4,871 мм. Следовательно, экспериментальная эквипотенциальная кривая пересекает ось у в точке (0; 4,871).

Далее определим пересечение экспериментальной кривой с радиусом , проходящим под углом 45° к осям х и у. Предположим, что распределение разностей потенциалов от точки с координатами, определяемой радиусом R1 (2; 2) при U1 = 1,710В к точке (5; 5), соответствующей радиусу R2 при U2 = 0,695 В  также описывается квадратичной функцией вида

= lR + mR2   (11)

Распределение разности потенциалов осуществляется от радиуса до радиуса . При подстановке указанных радиусов и соответствующих им значений разностей потенциалов в выражение (11), получаем систему уравнений

      (12)

Решая систему уравнений (12), находим коэффициенты

l = 0,942  и m = –0,119.     (13)

Выражение (11) с учетом значений (13) принимает вид

=0,942R – 0,119 R2.    (14)

При U1 = 1,500 В получаем квадратное уравнение:

R2 – 7,916R + 12,605 = 0.        (15)

решая которое, находим требуемый корень уравнения  R = 5,707 мм.

Аналогично, пользуясь выражениями () получаем точки пересечения поверхностей U2 = 0,160 В и U3 = 0,104 В с осями х, у и радиусом . Результаты вычислений представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Координаты точек пересечения экспериментальных эквипотенциальных поверхностей с осями х, у и радиусом .

Значения разностей потенциалов Ui, В

U1 = 1,500

U 2 = 0,160

U3 = 0,104

Пересечение эквипотенциальных поверхностей с

Осью X, мм

(4,719; 0)

(24,168; 0)

(32,583; 0)

Осью Y, мм

(0; 4,871)

(0; 24,172)

(0; 31,693)

Радиусом , мм

5,707

24,039

30,903

Рисунок 1— Сечения экспериментальных эквипотенциальных

поверхностей, соответствующих значениям 1U1 = 1,500 В,

2 U2=0,160 B и 3 U3 =0,104 В.

Распределение разностей потенциалов по оси х при у = 35 представлено на рисунке 2.

Рисунок 2 — Распределение разностей потенциалов по оси х при у = 35.

Таким образом, при выполнении расчетно-графической работы были получены расчетным путем точки пересечения трех эквипотенциальных поверхностей с осями х, у и радиусом и построены графики сечений этих поверхностей, а также график распределения разностей потенциалов по оси х при заданном значении у = 35.



Таблица 2 - Экспериментальные распределения разностей потенциалов между измерительным и плоским электродами в электролите

Горизонтальное перемещение измерительного электрода xi, мм 

0 

1 

2

5

10 

15 

20

25

30

35

40 

42 

44 

Вертикальное перемещ. измерит. электрода yi, мм

Значения экспериментальных разностей потенциалов, В 

1 

5,700

4,213

2,180

1,190

0,510

0,315

0,203

0,138

0,111

0,095

0,085

0,082

0,078

2 

3,235

2,735

1,710

1,001

0,451

0,282

0,193

0,134

0,110

0,094

0,082

0,079

0,077

5 

1,252

1,134

0,920

0,695

0,373

0,240

0,183

0,128

0,106

0,091

0,081

0,078

0,076

10 

0,557

0,526

0,450

0,377

0,295

0,210

0,162

0,120

0,093

0,085

0,078

0,076

0,074

15 

0,344

0,325

0,300

0,265

0,223

0,175

0,141

0,107

0,088

0,079

0,073

0,071

0,070

20 

0,229

0,216

0,208

0,187

0,159

0,133

0,114

0,089

0,079

0,073

0,070

0,069

0,067

25

0,155

0,147

0,140

0,134

0,123

0,106

0,092

0,079

0,072

0,068

0,067

0,066

0,065

30

0,107

0,100

0,096

0,092

0,085

0,079

0,074

0,067

0,062

0,061

0,060

0,058

0,057

35

0,086

0,080

0,078

0,075

0,071

0,066

0,065

0,062

0,061

0,060

0,059

0,057

0,056

40 

0,073

0,071

0,068

0,067

0,065

0,064

0,063

0,060

0,059

0,057

0,056

0,055

0,054

42 

0,072

0,067

0,065

0,063

0,061

0,059

0,057

0,056

0,055

0,053

0,052

0,051

0,050

44 

0,070

0,066

0,064

0,062

0,060

0,058

0,056

0,055

0,054

0,052

0,051

0,050

0,049


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32799. Философия эпохи эллинизма, ее основные направления 14.57 KB
  На развитие античной философии значительное влияние оказал распад империи А. Неоплатонизм получил распространение в период когда античный способ философствования уступал место философии основанной на христианской догматике. Это последняя попытка решить задачу создания целостного философского учения в рамках дохристианской философии. Главное отличие от философии Платона заключается в том что мир идей Платона это неподвижный безличный образец мира а в неоплатонизме появляется активное мыслящее начало Ум.
32800. Вклад Аристотеля в развитие мировой философской культуры (учение о материи и форме). Учение о душе 13.19 KB
  Аристотель 384 322 гг. Аристотель считается величайшим энциклопедистом древности и систематизатором всех философских и научных знаний накопленных до него в области логики физики биологии психологии этики экономии искусствознания и др. Высоко оценивая Платона Аристотель подверг его идеалистическое учение серьезной критике Платон мне друг но истина дороже. Аристотель формулирует свое представление о бытии.
32801. Условия формирования западноевропейской философии в Средние века. Роль христианства в развитии культуры 15.27 KB
  Условия формирования западноевропейской философии в Средние века. Этапы развития и характерные черты средневековой философии. В развитии философии Средних веков можно выделить несколько основных этапов: 1 апологетика II IV вв. В этот период не было создано философских систем но был намечен круг вопросов ставших центральными в средневековой философии: о Боге и соотношении Бога и мира о сотворении мира и структуре мироздания о сущности человека и его месте в мире; 2 патристика V IX вв.
32802. Философия Августина Аврелия (Блаженного). И Фомы Аквинского 14.95 KB
  Учение о Боге и мире. Бог рассматривается им как начало всего сущего как единственная причина возникновения вещей. Бог вечен и неизменен. Мир созданных богом вещей изменчив и пребывает во времени.
32803. Особенности философии Возрождения. Её связь с наукой и искусством. Учения о природе и познании 18.84 KB
  Особенности философии Возрождения. Эпоха Возрождения Ренессанса переходный период от Средних веков к Новому времени XV [в Италии с XIV] XVI вв. Возрождение художественноэстетическая эпоха провозгласившая что высшее призвание человека в мире быть творцом и созидателем Этапы развития и характерные черты философии Возрождения. В философии эпохи Возрождения можно выделить 3 этапа: гуманистический сер.
32804. Эмпиризм и сенсуализм в философии нового времени 16.32 KB
  Локк подчеркивает особую роль органов чувств в процессе познания.Бэкон сделал научное познание в центре его внимания вопросы о целях и методах научного познания.Однако он утверждает что на пути познания имеется множество заблуждений препятствующих получению достоверного знания. Бэкон выделяет 4 вида идолов познания: 1 идолы рода являются следствием ограниченности человеческого ума несовершенством органов чувств; 2 идолы пещеры обусловлены индивидуальными особенностями человека: каждый человек имеет свой внутренний субъективный мир...
32805. Рационализм в философии нового времени 17.35 KB
  Эти две субстанции пересекаются и активно взаимодействуют однако их взаимосвязь является лишь механической. В человеке материальная и духовная субстанции проявляются как тело и душа. В понятии единой субстанции т. Спиноза называет следующие свойства единой субстанции: независимое ни от чего существование; вечность; бесконечность; является внутренней причиной самой себя и всего сущего.
32806. Субъективный идеализм в философии Н.В. (Дж.Беркли, Д.Юм) 14.1 KB
  Джордж Беркли 1685 1753 гг. Беркли внес весомый вклад в теорию познания четко поставив вопрос о соотношении объективного и субъективного в ощущениях об объективности причинности и о видах существования. Беркли утверждал что мир не существует независимо от человека а представляет собой комплекс ощущений и восприятий. Философия Беркли основывается на следующих основных принципах: 1 существовать значит быть воспринимаемым; 2 я не в состоянии помыслить ощущаемые вещи или предмет независимо от их ощущения и восприятия; 3 мы никогда не...
32807. Философия французского Посвящения 17.75 KB
  Философия Просвещения опиралась на достижения наук: биологии физики медицины которые стали естественнонаучным основанием раскрытия сущности и природы человека. Просветители развивали материалистические взгляды на природу и человека. Дидро уподоблял человека инструменту наделенному чувствительностью и памятью а Ламетри проводил аналогию между человеком и машиной. Однако французские материалисты обращали внимание и на роль социальнокультурных факторов появления человека уделяли внимание роли языка как средства общения и познания мира.