Чайковська філія
федерального державного бюджетного
освітньої установи вищої професійної освіти
"Пермський національний дослідницький політехнічний університет"
Кафедра гуманітарних та природничих дисциплін
Лабораторна робота №2
"Дослідження електростатичних полів"
1. Ознайомитись із методом моделювання електростатичного поля за допомогою електропровідного паперу;
2. Дослідити електростатичне поле плоского та циліндричного конденсаторів.
Джерело постійного струму, вольтметр, планшет з набором електродів та електропровідним папером; провідники, один з яких забезпечений зондом.
Відомості з теорії
Електростатичне поле (ЕСП) –форма матерії, що здійснює взаємодію між зарядженими тілами.
Основною властивістюполя єсилова діяна будь-який заряд, поміщений у поле.
Джерелом ЕСПє нерухомий заряд (заряджене тіло).
Кількісними характеристиками ЕСП є напруженість та потенціал.
Напруженість поля- векторна фізична величина, що характеризує силову дію поля в точці, чисельно рівна силі, з якою поле діяло б на одиничний позитивний заряд, поміщений в дану точку поля і в напрямку, що збігається з напрямком дії цієї сили.
де
Таким чином,напруженість - це силова характеристика поля. Одиниця напруженості -Н/Кл(В/м). Якщо напруженість поля у всіх точках однакова за величиною і напрямом, то поле називають однорідним, інакше –неоднорідним.
Потенціал поля в точці- це скалярна фізична величина, що характеризує енергетичні властивості поля, чисельно рівна потенційної енергії одиничного позитивного заряду, вміщеного в дану точку поля.
деWn– потенційна енергія заряду+q, розміщеного в певну точку поля.
Одиницею потенціалу є(Дж/Кл).Потенціал - енергетична характеристика поля.
Потенційна енергія, а разом з нею та потенціал задаються з точністю до постійної. Щоб потенціал набув цілком певного значення, треба приписати йому деяке значення в одній із точок поля. У фізиці прийнято вважати у точці, віддаленій нескінченно далеко від зарядженого тіла.
Треба, однак, пам'ятати, що хоча для будь-якої точки поля можна вказати таку величину, як потенціал, ясний фізичний сенс має лише різницю потенціалів двох точок поля (1–2): вона дорівнює роботі поля з переміщення одиниці позитивного заряду з однієї точки (1) в іншу (2). Виміряти практично можна теж лише різницю потенціалів. І, говорячи про вимір потенціалу, маємо на увазі вимір різниці потенціалів двох точок, потенціал однієї з яких умовно приймається за нуль.
З визначення різниці потенціалів двох точок поля випливає, що робота поля з переміщення заряду+qз точки1до точки2може бути обчислена за такою формулою:
(2.3)
Електростатичне поле можна зобразити графічно. Робиться це за допомогою ліній напруженості (силових ліній) та еквіпотенційних поверхонь.
Лінією напруженості називаєтьсялінія, дотична до якої у кожній точці збігається з напрямом напруженості поля у цій точці (рис. 2.1– суцільні криві).
Е
Оскільки робота поля з переміщення заряду вздовж еквіпотенційної поверхні дорівнює нулю (1=2), це означає, що лінії напруженості в будь-якій точці поля перпендикулярні еквіпотенційним поверхням.
Напруженість та різниця потенціалів поля пов'язані між собою. У загальному випадку цей зв'язок виглядає так:
Тут похідна на відстані береться вздовж лінії напруженості в напрямку, що збігається з напрямком одиничного вектора нормалі
У разі однорідного поля модуль вектора напруженості пов'язаний із різницею потенціалів співвідношенням:
d– відстань між цими точками.
Таким чином, знаючи закон зміни потенціалу вздовж силової лінії, можна в будь-якій точці поля визначити напруженість поля, чисельне значення якої дорівнює зміні потенціалу на одиниці довжини силової лінії. Звідси випливає ще одна одиниця виміру напруженості -В/м.