Электростатика. Вязовов В.Б - 8 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а 2
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ВАННЫ
Цель работы
: ознакомиться с методом моделирования электростатического поля; провести измерения потенциалов и
построить картину эквипотенциальных поверхностей; провести силовые линии.
Приборы и принадлежности
: электролитическая ванна; пантограф; блок питания; вольтметр; миллиметровая бумага.
К р а т к а я т е о р и я и м е т о д и ч е с к и е у к а з а н и я
Вся материя делится на вещество и поле. Существуют различные физические поля: гравитационное, электромагнитное,
поле ядерных сил и др. Электростатическое поле создаётся зарядами и действует на заряды; оно характеризуется
напряжённостью и потенциалом.
Напряжённостью
поля
E
называется векторная физическая величина, равная отношению силы
F
, действующей на заряд
q
, к величине этого заряда:
q
F
E
=
.
В системе СИ напряжённость измеряется в В/м (или Н/Кл). Вблизи поверхности Земли, например, напряжённость
электростатического поля составляет примерно 100 В/м.
Потенциалом
φ называется скалярная физическая величина, равная отношению работы
A
, совершённой силами поля
при перемещении заряда
q
из данной точки в бесконечность, к величине этого заряда:
q
A
=ϕ
.
В системе СИ потенциал измеряется в В (или Дж/Кл). Потенциалы Земли и бесконечности принимаются равными
нулю.
Связь между напряжённостью поля
E
и потенциалом φ выражается соотношениями:
∂
ϕ∂
+
∂
ϕ∂
+
∂
ϕ∂
−=ϕ−=
z
k
y
j
x
iE
grad
,
( )
∫
=ϕ−ϕ
2
1
21
EdS
.
В целях удобства представления электростатического поля, его наглядности, используют
силовые
линии
. Силовая
линия (с.л.) – это воображаемая линия, имеющая направление, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором
напряжённости, а «густота» (число линий на единицу ортогональной к ним поверхности) численно равна модулю
напряжённости.
С.л. обладают рядом свойств – они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных (или
уходят в бесконечность); не могут пересекаться между собой. Примеры с.л. (сплошные линии) показаны на рис. 1.
Геометрическое место точек, обладающих одинаковым потенциалом, называется
эквипотенциальной
поверхностью
(э.п.). Можно показать, что э.п. в точках пересечения ортогональны с.л. Это
означает,что касательные к ним в этих точках взаимно перпендикулярны. При пересечении с плоскостью рисунка э.п.
принимают вид линий. Они проводятся так, что разность потенциалов между ними одинакова. Примеры э.п. (пунктирные
линии) показаны на рис. 1.
На рис. 2 изображены с.л. и э.п. некоторого участка неоднородного электростатического поля. Вдоль силовой линии
потенциал убывает, т.е. φ
1
> φ
2
> φ
3
, а модуль напряжённости поля в верхней части рисунка больше, чем в нижней:
E
1
>
E
2
.
Для расчёта напряжённости поля, созданного объектами с симметричным распределением заряда (однородно заряженные
сферы и шары, цилиндры, плоскости и т.д.), используется теорема Гаусса и принцип суперпозиции. При отсутствии симметрии
Однородное п
о
ле
Поле точечного положительного заряда
+
Рис. 1
φ
1
φ
2
φ
3
E
1
E
2
Рис. 2

Страницы