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.
- Теоретическая часть
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:
|
| Рис. 1 |
|
| Рис. 2 |
(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.
|
|
|
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 19; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!