Изучение электрических полей с помощью полупроводникового электрометра

Выполнил:

ученик 8 класса

Королев Сергей

Руководители:

учитель физики

высшей категории

Валов М.В.

2006 г.

Оглавление

1.	Введение	Стр. 3.
2.	Теория электрического поля	Стр. 3.
3.	Разработка прибора	Стр. 4.
4.	Возможности применения прибора	Стр. 5.
5.	Модернизация прибора	Стр. 5.
6.	Заключение	Стр. 5.
7.	Список литературы	Стр. 5.
8.	Приложения	Стр. 7.

Введение

Сталкиваясь с необходимостью изучения электрических полей сложной конфигурации, физики нуждаются в приборе для их регистрации и изучения их параметров.

Целью нашей работы стало создание такого прибора, основанного на полупроводниках.

Задачи исследования:

· Знакомство с теорией электризации и электрических полей;

· Изучение литературы по радиотехнике;

· Разработка схемы прибора;

· Практическое изготовление прибора по разработанной схеме;

· Апробация прибора во время проведения экспериментов;

· Выявление путей применения прибора в школьном курсе физики;

Теория электрического поля

Атом состоит из положительного ядра и движущихся отрицательно заряженных электронов. Заряд ядра численно равен заряду всех электронов. Поэтому атом в целом нейтрален.

В различных веществах электроны по-разному связаны с ядром, и если ввести в соприкосновение два тела с разной энергией связи электронов, то электроны, слабо связанные с ядром, переходят от одного тела к другому.

В результате одно тело заряжается "+", а другое - "–". Это явление получило название "электризации".

Вокруг любого заряда существует электрическое поле, которое характеризуется напряженностью:

где F - сила со стороны поля, действующая на внесенный в это поле заряд q.

Напряженность можно изображать графически с помощью линий определенной плотности.

Разработка прибора

Электрические заряды и поля в школьном курсе изучают при помощи пробного заряда. Но это неудобно, ненаглядно и порой неубедительно.

Поэтому мы решили разработать для этого более современный прибор.

Электрометр представляет собой мост постоянного тока. Плечами моста являются сопротивления R1, R2, R3, R4 и полевой транзистор с изолированным затвором (рис.1) и встроенным каналом. Транзистор КП 3005* имеет следующие выводы: З – затвор, С – сток, И – исток и К – канал.

В зависимости от знака заряда, приближаемого к транзистору, сопротивление между С и И изменяется. Чем больше величина заряда и чем ближе заряд к затвору, тем сильнее изменяется его сопротивление.

Рассмотрим принцип действия равноплечего моста.

1. Если вблизи от транзистораVТ1 нет заряда, а соответственно и электрического поля, то сопротивления получаются, подобраны так, что напряжения между точками 1 и 2 нет, т.е.V12 и величина тока через mА=0.

Балансировку этого мы можем произвести, подбирая R*1 и R*2, а также с помощью переменного резистора R3~.

2. Если поднести к затвору VТ1 положительный заряд (т.е. поместить транзистор в электрическое поле), то сопротивление VТ1 уменьшается и ток I1 увеличивается, а I2 уменьшается в (•) 1 часть его пойдёт через mА от (•) 1ко 2 (•) и чем больше значение электрического поля, тем больше сила тока.

3. Если поднести к затвору отрицательный заряд, то сопротивление VТ1 увеличится, I1 – уменьшится, I2 – увеличится и часть его пойдёт от (•)2 к (•)1, в обход транзистора VТ1 и стрелка mА отклонится в другую сторону.

Вывод: по направлению отклонения стрелки mА можно судить о знаке и величине заряда тела.

При изготовлении прибора следует соблюдать меры предосторожности при монтаже транзистора. Он очень чувствителен к механическим, тепловым и электростатическим воздействиям. В момент пайки выводы транзистора закорачивают, а жало паяльника заземляют. Мы просто применили отдельную панельку, в которую его можно просто вставить. Затвор транзистора отгибают в сторону, он является приёмной антенной. В процессе работы на затворе накапливается заряд, для его снятия перед началом работы с прибором его нужно снять. Для этого необходимо замкнуть пинцетом выводы затвора и стока. При желании и необходимости между mА и R3~ можно включить дополнительное сопротивление R5~, которым можно будет регулировать чувствительность прибора.

Возможности применения прибора

С помощью электрометра можно:

· Определять знак и относительную величину заряда тела;

· Показать процесс разделения зарядов;

· Определять линии одного потенциала;

· Исследовать электрические поля вокруг тел сложной формы;

· Определять однородность поля;

· Изучать поле конденсатора;

· И т.п.

Модернизация прибора

Если вместо миллиамперметра или параллельно с ним включить поляризованное реле, то в качестве индикатора знака заряда, создающего изучаемое поле можно использовать обычную лампу накаливания.

Заключение

Созданный прибор позволяет более удобно и качественно изучать электрические поля и заряды и может быть применен как в качестве учебного средства, так и для других целей (например, сигнализации).

Список литературы

· Иванов Б. С. Электронные самоделки: Кн. для учащихся 5–8 кл. – М.: Просвещение, 1985.– 143 с.

· Мамзелев И. А., Капелин Г. Г. Основы радиоэлектроники. Учебное пособие по факультативному курсу для учащихся 7–8 кл. М.: Просвещение, 1978.– 160 с.

· Путятин Н. Н. Радиоконструирование. Методическое пособие для руководителей радиокружков. М.: ДОСААФ, 1975.– 222 с.

· Элементарный учебник физики. Под ред. акад. Г. С. Ландсберга, т. II, М., 1967.–472 с.

· Журналы "Физика в школе", "Юный техник".