Ч.2. Электричество и магнетизм (1). Электри ество и магнетизм

• Название: Электри ество и магнетизм
• Дата: 26.03.2022
• Размер: 1.23 Mb.
• Имя файла: Ч.2. Электричество и магнетизм (1).docx
• Тип: Руководство; #417361
• страница: 3 из 15

Лабораторная работа № 3.1 ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННОЙ ЧАСТИЦЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

3.1.1. Цель работы

Целью работы является знакомство с моделью процесса движения заряда в однородном электрическом поле и экспериментальное определение величины удельного заряда частицы.

3.1.2. Краткая теория

Движение заряженных частиц в электрическом поле широко

используется в современных электронных приборах, в частности, в электроннолучевых трубках с электростатической системой отклонения электронного пучка.

При некоторых условиях тела электризуются, т. е. приобретают электрический заряд. Существуют два типа зарядов, условно названные положительными и отрицательными. Разноимённые заряды притягиваются, а одноимённые – отталкиваются.

Электрические заряды взаимодействуют посредством электрического поля. Иначе говоря, электрическое поле – это среда, передающая электрическое взаимодействие. Электрическое поле и его заряд образуют единое целое. Существуют элементарный положительный и элементарный отрицательный заряды, модули которых одинаковы ( |е⁺| = |е^–| = 1,610^–19 Кл). Такими зарядами обладают элементарные заряженные частицы: электрон, позитрон и протон.

Основные свойства электрического заряда:

1. 
   дискретность (любой заряд всегда кратен элементарному заряду)
   

q = N׀e׀, (3.1.1) где N – целое число;

2. 
   аддитивность (заряд системы заряженных тел равен алгебраической сумме зарядов отдельных тел)
   

n

Q = q₁+ q₂+ q₃+… = q_i ; (3.1.2)

i1

3. 
   суммарный заряд электрически изолированной системы, через границы которой не могут проникать заряженные частицы, с течением времени не изменяется (закон сохранения электрического заряда)
   

Q = const; (3.1.3)

4. 
   инвариантность (величина заряда одинакова во всех инерциальных системах отсчета).
   

Закон Кулона был открыт в 1785 г. Ш. Кулоном и позволяет рассчитать силу взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов q₁ и q₂ (рис. 3.1.1):

  4q1q20r12r123 , (3.1.4)

F21

где _r^₁₂ – радиус-вектор, направленный от первого заряда ко второму;

₀ – электрическая постоянная, равная 8,8510^–12 Ф/м;

 – диэлектрическая проницаемость окружающей среды.

+ +

q ₁ q ₂

Рис. 3.1.1. Взаимодействие положительных электрических зарядов.

Согласно закону Кулона, сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Закон Кулона можно записать и в скалярной форме:

F21  q1q2 2 . (3.1.5)

40r12

Напряжённостью электрического поля называется векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой электрического поля. Напряженность поля в данной точке пространства численно равна силе Кулона

 , действующей на точечный положительный заряд, помещенный в эту точку

F_эл

  _F^эл . (3.1.6)

E

q

Если задана напряжённость электрического поля, то сила, действующая на заряд

F_эл  qE^ . (3.1.7)

Однородным называется поле, напряжённость которого во всех точках одинакова как по величине, так и по направлению. Сила, действующая на заряженную частицу в однородном поле, везде одинакова, поэтому неизменным будет и ускорение частиц, определяемое вторым законом Ньютона (при малых скоростях движения v c, где с – скорость света в вакууме):

а  ^Fэл  ^q E const . (3.1.8) m m

Если заряженная частица влетает в однородное поле конденсатора параллельно его пластинам, то траектория её движения искривляется и частица движется по параболе.

Смещение частицы по вертикали от первоначального направления

Y  at2дв2  2q ЕVOXL 2 , (3.1.9)

m 

где L – длина пластин конденсатора; t_дв – время движения до вылета из конденсатора; V_ОХ – начальная скорость.

Вертикальная составляющая скорости в момент времени, когда частица вылетает из конденсатора, определяется выражением

V_Y  at_дв  ^q E ^L . (3.1.10) m V_OX