Электричество и магнетизм. Часть 1. Миловидова С.Д - 18 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

18
РАБОТА № 3
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Приборы и принадлежности: электролитическая ванна, набор
электродов, зонд, вольтметр, реостат, пантограф, листы бумаги .
Краткая теория
Электрические заряды создают в окружающем их пространстве
электрическое поле, которое действует с некоторой силой F на любой
заряд q , помещенный в произвольную точку поля, что и является
основным признаком наличия поля. Если заряды-источники поля
неподвижны, то говорят об электростатическом поле.
Основной количественной характеристикой электрического поля
(его силовой характеристикой) является напряженность Е – векторная
величина, определяемая как отношение силы F, действующей на заряд q,
помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:
q
F
E
r
r
= . (1)
Если электрическое поле , в котором находится заряд q, создано
другим зарядом Q, то сила F в (1) – это сила кулоновского взаимодействия
этих двух зарядов:
2
0
4 r
Qq
F
επε
= , (2)
где r – расстояние между зарядами, ε
0
= 8,86⋅10
-12
Кл⋅В
-1
⋅м
-1
–
электрическая постоянная, ε − диэлектрическая проницаемость среды –
безразмерная величина, показывающая, во сколько раз сила
взаимодействия между двумя точечными зарядами в диэлектрической
среде меньше чем сила их взаимодействия в вакууме (для любого
диэлектрика ε > 1, для вакуума ε = 1, для воздуха ε ≅1). Из (1) и (2)
следует , что напряженность поля точечного заряда в вакууме описывается
формулой:
2
0
4 r
Q
E
πε
= , (3)
и, как видно из (3), изменяется обратно пропорционально расстоянию от
заряда-источника поля.
Направление вектора Е в данной точке поля, очевидно, совпадает с
направлением силы, действующей на положительный заряд , находящийся
в этой точке.
В Международной системе единиц СИ напряженность
электрического поля измеряется в Вольтах на метр (В/м ).
Электрическое поле можно изображать с помощью силовых линий.
Силовая линия – это воображаемая направленная линия, проведенная в
поле так, что касательная в каждой ее точке совпадает по направлению с 
                                           18


                                     Р А БО ТА № 3
               И ЗУ Ч Е Н И Е Э Л Е К ТР О С Т А Т И Ч Е С К О ГО П О Л Я

      Приб оры и прин а д леж н ост и: элект ролит ическа я ва н н а , н а б ор
элект род ов, зон д , воль т м етр, реост а т, па н т огра ф , лист ы б у м а ги.

                                      Кратк аятеория
       Элект рические за ряд ы созд а ю т в окру ж а ю щ ем их прост ра н ст ве
элект рическое поле, которое д ейст ву ет с н екот орой силой F н а лю б ой
за ряд q , пом ещ ен н ый в произволь н у ю т очку поля, чт о и являет ся
осн овн ым призн а ком н а личия поля. Е сли за ряд ы-ист очн ики поля
н епод виж н ы, то говорят об э лектростатич еском поле.
       Осн овн ой количествен н ой х а ра кт еристикой элект рического поля
(его силовой х а ра кт ерист икой) является напря ж енность Е – вект орн а я
величин а , опред еляем а я ка к от н ошен ие силы F, д ейст ву ю щ ей н а за ряд q,
пом ещ ен н ый в д а н н у ю т очку поля, к величин е эт ого за ряд а :
                                       r
                                    r F
                                    E=            .                                   (1)
                                       q
       Е сли элект рическое поле , в кот ором н а х од ится за ряд q, созд а н о
д ру гим за ряд ом Q, т о сила F в (1) – это сила ку лон овского вза им од ейст вия
                                              Qq
эт их д ву х за ряд ов:             F=                ,                               (2)
                                          4πε 0εr 2
гд е r – ра сст оян ие м еж д у за ряд а м и, ε0           = 8,86⋅10-12 К л⋅В -1⋅м -1 –
элект рическа я постоян н а я, ε − д иэлект рическа я прон ица ем ост ь сред ы –
б езра зм ерн а я величин а , пока зыва ю щ а я, во сколь ко ра з сила
вза им од ейст вия м еж д у д ву м я т очечн ым и за ряд а м и в д иэлект рической
сред е м ен ь ше чем сила их вза им од ейст вия в ва ку у м е (д ля лю б ого
д иэлект рика ε > 1, д ля ва ку у м а ε = 1, д ля возд у х а ε ≅1). Из (1) и (2)
след у ет , чт о н а пряж ен н ост ь поля т очечн ого за ряд а в ва ку у м е описыва ет ся
ф орм у лой:
                                          Q
                                 E=               ,                                   (3)
                                       4πε 0r 2
и, ка к вид н о из (3), изм ен яет ся об ра т н о пропорцион а ль н о ра сст оян ию от
за ряд а -источн ика поля.
        Н а пра влен ие вект ора Е в д а н н ой т очке поля, очевид н о, совпа д а ет с
н а пра влен ием силы, д ейст ву ю щ ей н а полож ит ель н ый за ряд , н а х од ящ ийся
в эт ой т очке.
        В     М еж д у н а род н ой сист ем е ед ин иц С И н а пряж ен н ост ь
элект рического поля изм еряет ся в В оль т а х н а м ет р(В /м ).
        Элект рическое поле м ож н о изоб ра ж а ть с пом ощ ь ю силовых лин ий.
С илова я лин ия – эт о вооб ра ж а ем а я н а пра влен н а я лин ия, провед ен н а я в
поле т а к, чт о ка са тель н а я в ка ж д ой ее т очке совпа д а ет по н а пра влен ию с

Страницы