Теоретическая часть Электрические заряды вносят определенные изменения в окружающее их пространст

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Отчет о проведении лабораторной работы №31

ИССЛеДОВАниеЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Цель работы: Экспериментальное исследование электростатического поля и описание его при помощи силовых линий и поверхностей равного потенциала.

Теоретическая часть

Электрические заряды вносят определенные изменения в окружающее их пространство, проявляющееся, в частности, в том, что на другие внесенные в это пространство электрические заряды действуют силы. Если в пространстве обнаруживается действие сил на электрические заряды, то говорят, что в нем существует электрическое поле. Поле так же реально, как вещество. Так же, как вещество, оно является одним из видов материи, которой присущи масса и определенная энергия.

Электростатическое поле возбуждается неподвижными электрическими зарядами. Оно может быть обнаружено в данной точке пространства по силе, действующей на пробный заряд. Пробным зарядом называют электрически заряженное тело, настолько малое, что оно не вызывает перераспределения электрических зарядов на окружающих телах, то есть не искажает электрического поля.

Силу взаимодействия между двумя покоящимися зарядами можно определить с помощью закона Кулона, согласно которому эта сила прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

, (2.1)

где - вектор, направленный от q1 к q2, а сила действует на заряд q2cj со стороны заряда q1.

Разделив (2.1) на q2, мы получим для действия всех зарядов, кроме q2,

, (2.2)

где q1 - величина данного заряда;

- радиус-вектор точки пространства, в которой определяется электрическое поле, проведенный из точки, в которой находится заряд q1;

- электрическая постоянная, ф/м;

- диэлектрическая проницаемость среды

Векторная величина является количественной характеристикой электрического поля и называется напряженностью электрического поля.

Напряженность электрического поля в некоторой точке пространства определяют как силу, действующую на единичный неподвижный пробный заряд, помещенный в эту точку:

. (2.3)

Единицей напряженности электрического поля в системе СИ является 1 В/м.

Сила, в которой система зарядов действует на некоторый не входящий в систему заряд, равна векторной сумме сил, с которыми действует на данный заряд каждый из зарядов системы в отдельности. Отсюда вытекает, что напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каждый из зарядов системы в отдельности:

, (2.4)

где - радиус-вектор точки пространства, в которой определяется поле Е проведенный из точки, в которой находится заряд qi.

Соотношение (2.4) выражает принцип суперпозиции электрических полей.

Для наглядного изображения электрических голей пользуются методом силовых линий. Силовая линия есть математическая линия, направление касательной к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряженности электрического поля в той же точке. Линии точечного заряда представляют собой совокупность радиальных прямых, направленных от заряда, если он положителен, и к заряду, если он отрицателен. Линии одним' концом опираются на заряд, другим уходят в бесконечность.

Работа сил электрического поля ,созданного точечным зарядом, по перемещению пробного заряда q из точки 1 в точку 2, вычисляется следующим образом (рис. 1):

, (2.5)

Рис.

Таким образом, работа электрического поля по перемещению заряда из точки 1 в точку 2 не зависит от формы пути, а зависит лишь от положения точек 1 и 2. Такое поле называют потенциальным.

Работу, совершаемую силами поля при перемещении единичного положительного заряда по произвольному пути из точки 1 в точку 2, называют разностью потенциалов:

. (2.6)

За единицу потенциала принимается такая разность потенциалов, при которой перемещение единицы заряда сопровождается работой, равной единице. В системе СИ это 1 вольт: .

Связь между напряженностью поля и потенциалом дается соотношением

. (2.7)

Векторная функция скалярной величины называется градиентом.

Направление вектора напряженности поля в каждой точке поля и распределение потенциалов в поле можно сделать особенно наглядными, пользуясь понятием о силовых линиях и эквипотенциальных поверхностях (поверхности, на которых потенциал остается постоянным).

Рис.

Выберем ось z по нормали к поверхности (рис. 2), а нормаль - совпадающей с направлением возрастания потенциала. Оси x и y. касательные к эквипотенциальной поверхности:

, .

Функция  наиболее быстро возрастает в направлении нормали . Градиент функции f(x, y, z) есть вектор, направленный в сторону максимального возрастания этой функции, а его длина равна производной функции  в том же направлении.

Вектор направлен противоположно вектору градиента потенциала . Следовательно, силовые линии нормальны к эквипотенциальной поверхности.

В данной работе предлагается найти положение эквипотенциальных поверхностей, которые ортогональны силовым лилиям поля, и затем построить силовые линии.

В основу изучения распределения потенциалов в электростатическом поле часто кладется так называемый метод зондов. Его сущность заключается в следующем: в исследуемую точку поля вводится специальный дополнительный электрод-зонд, по возможности так устроенный, чтобы он минимально нарушал свои присутствием исследуемое поле. Этот зонд соединяется проводником с прибором, измеряющим приобретенный зондом в поле потенциал по отношению к какой-нибудь избранной за начало отсчета точке поля. При этом необходимо обеспечить такие условия, чтобы этот зонд принял потенциал той точки поля, в которую он помещен. Только тогда показания прибора, соединенного с зондом, будут давать правильную картину распределения потенциалов в исследуемом поле.

Электростатическое поле моделируется электрическим полем стационарных токов. Силовые линии поля совпадают с линиями стационарных токов согласно закону Ома:

Опыт показывает, что электрические заряда, участвующие в стационарном токе, создают в пространстве такие же кулоновские поля, как и неподвижные заряды. Электрическое поле стационарных токов потенциально.

Замена изучения поля неподвижных зарядов изучением поля тока дает возможность применить в качестве зондов металлические электроды, так как в проводящей среде автоматически происходит выравнивание потенциала зонда и потенциала данной точки поля.

Практическая часть.

Приборы и принадлежности:

Источник питания.
Вольтметр
Сосуд с электродами

Описание установки:

Построение эквипотенциальных поверхностей в поле, созданном двумя плоскими электродами, производится по следующей схеме:

1, 2 – электроды, между которыми создается разность потенциалов ; 3 – зонд. С помощью зонда измеряется разность потенциалов между электродом 1 и точкой, в которую помещен зонд .

Итоговое изображение силовых линий:

EMBED Equation.3

0



1. План работы педагогапсихолога на месяц Форма 2; График работы утвержденный руководителем средней.html
2. е докой проверке была обнарна несвоевременная уплата нал
3. натуропаты натуристы
4. 2012г 2012г
5. Записывают второе слагаемое под первым так чтобы соответствующие разряды находилось друг под другом
6. і Проблема свідомості в зарубіжній філософії та психології
7. Плод его значение в размножении растений
8. Москва и Московская область в 19411945 годах
9. тематика Исполнитель-
10. тематическая морфология и утоньшение линий
11. В системе здорового образа жизни ведущее место занимает правильное взаимоотношение полов выбор партнера
12. . Общая характеристика законности5 1
13. FitRoom Время пн вт ср
14. Уровень вибраций удаётся снижать при использовании режима дробления шага или при увеличении количества фаз
15. Измерение линейных параметров длинномерных легкодеформируемых материалов
16. Разработка методики программного тестирования цифровых устройств с помощью программного пакета Design Center
17. Протоколы сионских мудрецов
18. Теории преступности
19. Характеристика умственной отсталости и ЗПР
20. und mchen nschlie~end eine usbildung zu einem Lehrberuf in einem Betrieb mit verpflichtendem Besuch der Berufsschule ~ber 8 Wochen pro Jhr

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе