Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Электростатическое поле и его характеристикиСтр 1 из 3Следующая ⇒
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ ЗОНДА
Цель работы: изучение электростатических полей. Приборы и принадлежности:листытокопроводящей и копировальной бумаги, электроды (два плоских и два цилиндрических), источник питания, делитель напряжения (сопротивлением 2000 - 3000 Ом), милливольтметр, гальванометр, зонд, соединительные провода. План работы: 1.Изучение характеристик электростатического поля. 2.Изучение электростатических полей, созданных системой проводящих электродов. 3.Изучение экспериментальной установки. 4.Опытное определение эквипотенциальных точек и построение эквипотенциальных линий.
Электростатическое поле и его характеристики Электрическим полем называется особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными телами. Электрическое поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим. Силовой характеристикой электростатического поля является напряжённость . Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд – такой заряд, который не искажает исследуемого поля (не вызывает перераспределения зарядов, создающих поле). Если на пробный заряд q0, со стороны поля действует сила , то напряжённость поля определяется как отношение . (1.1) Вектор напряженности совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд. Зная напряжённость, можно найти силу, действующую на заряд, помещённый в данную точку поля . (1.2) Энергетической характеристикой электростатического поля является потенциал φ – скалярная величина, определяемая потенциальной энергией W единичного положительного пробного заряда q0, находящегося в данной точке поля . (1.3) Обычно за нулевое значение потенциальной энергии заряда в электростатическом поле принимают его энергию на бесконечности. Тогда потенциальная энергия W пробного заряда равна работеА, совершаемой силами поля при перемещении этого заряда из рассматриваемой точки в бесконечность, а потенциал может быть определен по формуле: . (1.4) Разность потенциалов φ1-φ2 между точками 1 и 2 определяется работой A12 совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного пробного заряда из точки 1 в точку 2 . (1.5) В системе СИ единицей потенциала (разности потенциалов) является Вольт (В), единицей напряженности поля является Вольт на метр (В/м). Геометрическое место точек электростатического поля, потенциалы, которых одинаковы, называется эквипотенциальной поверхностью (эквипотенциалью). Линии пересечения эквипотенциальных поверхностей и плоскости называются эквипотенциальными линиями. Эквипотенциальные поверхности поля точечного заряда и равномерно заряженной сферы являются концентрическими сферами. Перемещение заряда q0 вдоль эквипотенциальной поверхности не сопровождается совершением работы сил поля . (1.6) Следовательно, равен нулю косинус угла между векторами и , а эти вектора перпендикулярны. Таким образом, вектор напряжённости в данной точке поля всегда нормален к эквипотенциальной поверхности, проведённой через эту точку (точнее перпендикулярен к касательной к эквипотенциальной поверхности в данной точке). Для изучения взаимосвязи напряженности электростатического поля и потенциала рассмотрим две эквипотенциальные поверхности (рис. 1.1) с потенциалами φ и φ+∆φ, ∆φ<0. На рис. 1.1 показаны также нормаль к эквипотенциали, направленная в сторону возрастания потенциала, расстояние между эквипотенциальными поверхностями и – вектор напряженности . Рис. 1.1. К выводу взаимосвязи между напряженностью и потенциалом Работа по перемещению на вектор заряда q0 с эквипотенциальной поверхности с потенциалом φ на поверхность с потенциалом φ+∆φ, выражается формулой: . (1.7) С другой стороны, эта работа выражается через разность потенциалов формулой: . (1.8) Приравнивая правые части соотношений (1.7) и (1.8), получим: , (1.9) При перемещении заряда вдоль направления вектора , то есть вдоль нормали , . (1.10) Следовательно, напряжённость поля численно равна изменению потенциала на единицу длины вдоль нормали к эквипотенциальной поверхности и направлена в сторону убывания потенциала. Вектор с модулем при , направленный в сторону наибольшего увеличения потенциала (по нормали к эквипотенциали), называется градиентом потенциала и обозначается grаd φ. Формулу (1.10) можно записать в общем виде, связывающем две характеристики и φ электростатического поля . (1.11) Для графического изображения электростатического поля служат линии напряженности (силовые линии) – линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряжённости . Линиям напряжённости приписывают направление: они начинаются и оканчиваются на зарядах (соответственно на положительных или отрицательных) или же уходят в бесконечность. Линии напряжённости поля точечного заряда и равномерно заряженной сферы – радиальные прямые. Поскольку вектор направлен по нормали к эквипотенциальной поверхности, линии напряженности также перпендикулярны к эквипотенциальным линиям и поверхностям (точнее к их касательным).
|
||
Последнее изменение этой страницы: 2018-04-12; просмотров: 641. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |