ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯСтр 1 из 3Следующая ⇒
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Методические указания к лабораторной работе №1 по физике
(Раздел «Электричество и магнетизм»)
Ростов-на-Дону 2012 УДК 530.1
Составители: В.С. Ковалёва, В.Л. Литвищенко, И.Г. Попова, Н.Н. Фролова
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ: метод. указания к лабораторной работе № 1. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2012. –11с.
Указания содержат краткое описание измерительной установки и методику исследования электростатического поля. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Электричество и магнетизм»).
УДК 530.1
Печатается по решению методической комиссии факультета
Научный редактор д-р. техн. наук, проф. В.С. Кунаков
© Издательский центр ДГТУ, 2012
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ Цель работы:1) построить эквипотенциальные поверхности и линии напряженности электростатического поля по экспериментальным данным; 2) вычислить напряженность однородного и неоднородного электростатического поля. Оборудование: электролитическая ванна с двумя плоскими электродами; набор электродов разной формы (набор металлических тел разной формы); реостат (потенциометр); высокоомный вольтметр; металлический зонд; осциллограф; соединительные провода; источник постоянного тока; линейка; миллиметровая бумага; карандаш; водопроводная вода.
Электрическое поле – одна из форм существования материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрически заряженных тел. Поле, созданное неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим. Для обнаружения и исследования поля вводят понятие «пробный заряд». Пробный заряд - это единичный положительный точечный заряд, помещённый в исследуемое поле и не искажающий его. На пробный заряд , внесенный в электрическое поле, создаваемое точечным зарядом , действует кулоновская сила: , (1) где - вектор, проведенный от заряда к заряду . Электростатическое поле в каждой точке характеризуется вектором напряженности и потенциалом . Напряженность поля - векторная физическая величина, численно равная силе , действующей на единичный пробный положительный заряд , помещенный в данную точку поля: (2) Напряженность измеряется в . Потенциал поля - скалярная физическая величина, численно равная потенциальной энергии единичного пробного положительного заряда, помещенного в данную точку поля:
(3) Потенциал измеряется в вольтах - . Напряженность и потенциал электростатического поля связаны между собой соотношением: (4) где - производная потенциала по нормали к эквипотенциальной поверхности (рис.1). Она также называется градиентом потенциала, который обозначается (5) Графически электростатические поля изображаются с помощью силовых линий и эквипотенциальных поверхностей. Силовой линией электростатического поля или линией напряженности называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряженности (сплошные линии на рис.2). Силовые линии обладают следующими свойствами: – силовые линии электростатического поля не замкнуты ‑ они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах; – линии непрерывны и нигде не пересекаются (т.к. их пересечение означало бы отсутствие определенного направления напряженности электрического поля в данной точке); – густота линий выбирается так, чтобы количество линий, пронизывающих единицу поверхности площадки, перпендикулярной к линиям, было равно численному значению (модулю) вектора . – общее число силовых линий, пересекающих некоторую поверхность, иначе называют потоком вектора напряжённости поля. На рис. 3 приведены силовые линии точечных положительного и отрицательного зарядов и электрического диполя (системы двух зарядов). Эквипотенциальная поверхность – это геометрическое место точек равного потенциала (пунктирные линии на рис. 2). Силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Электростатическое поле называется однородным, если в любой его точке вектор напряжённости имеет постоянную величину и направление (рис. 4). В противном случае, оно называется неоднородным (рис. 5).
Если поле создается системой зарядов, то напряженность в данной точке поля равна:
(6)
где – число зарядов, создающих систему. Это выражение называется принципом суперпозиции полей: напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым зарядом в отдельности.
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|