Главная страница
Навигация по странице:

  • Электрическим полем

  • Источником

    		•

    ЛАба 1. лаба 1. Отчет по компьютерной лабораторной работе Поле точечных зарядов


    Скачать 0.53 Mb.
    НазваниеОтчет по компьютерной лабораторной работе Поле точечных зарядов
    АнкорЛАба 1
    Дата26.11.2021
    Размер0.53 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлалаба 1.docx
    ТипОтчет
    #283282

    ФГБОУ ВО

    Уральский государственный университет путей сообщения (УрГУПС)

    Кафедра «Естественнонаучные дисциплины»


    Отчет по компьютерной лабораторной работе


    «Поле точечных зарядов» Вариант 2

    Студент(ФИО)Ярдяков В.О. Группа МР-229

    Преподаватель(Фишбейн Л.А.)

    Подпись

    Дата 26.12.20


    Екатеринбург 2020

    • Цели работы

      1. Знакомство с электрическим полем, создаваемым точечными источниками, и его моделированием.

      2. Экспериментальное подтверждение закономерностей для электрического поля точечного заряда и электрического диполя (ЭД).

      3. Экспериментальное определение величины электрической постоянной.



    • Описание экспериментальной установки – компьютерное моделирование

    • Теоретическая часть

    1. Электромагнитное поле- особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрически заряженными частицами

    2. Электрическим полем (ЭП) называется частная форма ЭМП, проявляющаяся в том, что в области пространства, окружающей электрически заряженный объект, на другой заряженный объект действует сила, не зависящая от скорости движения объектов и называемая электрической (кулоновской).

    3. Источником ЭП являются электрически заряженные объекты.

    4. Зарядом (электрическим) называется особая характеристика объекта, определяющая его способность создавать ЭП и взаимодействовать с ЭП. Часто для сокращения текста «зарядом» называют заряженную частицу, а «точечным зарядом» – материальную точку, имеющую электрический за

    Свойства заряда


      1. Заряд Инвариантен- его величина одинаково при измерении в любой инерциальной системе отсчета (иногда для кратности говорят “заряд не зависит от скорости ”)

      2. Заряд сохраняется-суммарный заряд изолированной системы тел не изменяется.

      3. Заряд аддитивен-заряд системы тел равен сумме зарядов отдельных тел.

      4. Заряд дискретен-заряд любого тела по величине кратен минимальному заряду; который обозначается символом ‘е’ и равен 1,6*10−19Кл.

      5. Делятся на два вида (положительный и отрицательный ). Одноименные отталкиваются, разноименные притягиваются к друг другу.

    1. Если вблизи одной заряженной частицы (далее обозначаемой как Q j), расположенной в начале координат в вакууме, будет находиться вторая заряженная частица (заряд Q2), то на второй заряд будет действовать электрическая (кулоновская) сила F ,

    определяемая законом Кулона:




    где r⃗ - радиус-вектор точки наблюдения, er - единичный радиусвектор, направленный в точку расположения второго заряда, ℇ0 - электрическая постоянная, ℇ - диэлектрическая проницаемость среды.

    Напряженность электрического поля - характеристика силового воздействия ЭП на заряд. Напряженность ЭП, создаваемого зарядом Q1, есть векторная величина, обозначаемая символом (Q1) и определяемая соотношением






    Закон (теорема) Гаусса для ЭП: поток ЭП через замкнутую поверхность S0 пропорционален суммарному заряду, расположенному внутри объема V (S0), ограниченного поверхностью S0 интегрирования потока:



    Линии напряженности электрического поля, созданного уединенным точечным зарядом, представляют собой прямые линии. Они идут от заряда, если он положительный, и к заряду, если он отрицательный.

    Потенциалом данной точки r⃗ ЭП называется скалярная характеристика ЭП. численно равная работе сил поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки в другую фиксированную точку r⃗0, в которой потенциал принят за 0 (например, если возможно, то в бесконечность):



    Диполь - два одинаковых по величине, но противоположных по знаку, точечных заряда Q, расположенных на расстоянии L (L - плечо диполя).

    Дипольный (электрический) момент - есть произведение


    Вектор дипольного момента pe ⃗⃗⃗ направлен от отрицательного к положительному заряду Напряженность ЭП диполя вычисляется с использованием принципа суперпозиции для ЭП.




    На линии, проходящей через центр диполя, перпендикулярно электрическому моменту, и на большом расстоянии r от его центра:



    Величина напряженности электрического поля диполя на указанной линии



    После логарифмирования этого выражения получим:


    Экспериментальная часть (бригада 2)


    Q1=70,Q1*=100

    r(м)
    0,15
    0,13
    0,11
    0,09
    0,07
    0,05
    0,03

    lg r
    -0,82
    -0,89
    -0,96
    -1,05
    -1,15
    -1,3
    -1,52

    𝐹21, 10−3𝐻
    2,80
    3,73
    5,21
    7,78
    12,75
    24,90
    70

    ∗, 10−3𝐻

    𝐹21
    4
    5,33
    7,44
    11,11
    18,21
    35,57
    100

    𝐸1, 104𝐵/м
    2,8
    3,73
    5,21
    7,78
    12,75
    24,90
    70

    𝐸1∗, 104𝐵/м
    4
    5,33
    7,44
    11,11
    18,21
    35,57
    100

    lg 𝐸1
    4,45
    4,57
    4,72
    4,89
    5,11
    5,39
    5,85

    lg 𝐸1∗
    4,6
    4,72
    4,87
    5,05
    5,26
    5,55
    6

    p=140, p*=200


    r(м)
    0,15
    0,13
    0,11
    0,09
    0,07
    0,05
    0,03

    lg r
    -0,82
    -0,89
    -0,96
    -1,05
    -1,15
    -1,3
    -1,52

    𝐹21, 10−3𝐻
    2,80
    3,73
    5,21
    7,78
    12,75
    24,90
    70

    ∗, 10−3𝐻

    𝐹21
    4
    5,33
    7,44
    11,11
    18,21
    35,57
    100

    𝐸1, 104𝐵/м
    0,37
    0,57
    0,95
    1,7
    3,64
    9,96
    46,7

    𝐸1∗, 104𝐵/м
    0,53
    0,82
    1,35
    2,47
    5,2
    14,23
    66.7

    lg 𝐸1
    3,57
    3,76
    4
    4,23
    4,56
    5
    5,7

    lg 𝐸1∗
    3,72
    3,91
    4,13
    4,39
    4,72
    5,15
    5,82



    Расчетная часть Эксперимент 1.


    Исследование поля точечного заряда








    График1.1


    Для Е: y=b=2,792


    y=lg E1
    lgE=Lg 𝑄1

    4𝜋𝐸0

    =>E0=|𝑄1| ∗ 10−𝑏=9*10^-12 Ф/м

    4𝜋


    5

    4
    y=lg E1*
     График1.2

    Для Е: y=b=2,941

    lgE=Lg 𝑄1

    4𝜋𝐸0

    =>E0=|𝑄1| ∗ 10−𝑏=9*10^-12 Ф/м

    4𝜋

    Эксперимент 2. Исследование поля диполя.








    y=lg E1



    График2.1

    Для Е: y=b=1,062

    lgE=Lg𝑄1∗𝐿 =>E0=|𝑄1|∗𝐿 ∗ 10−𝑏=9,7*10^-12 Ф/м

    4𝜋𝐸0 4𝜋


    y=lg E1*
     График2.2


    Для Е: y=b=1,238

    lgE=Lg𝑄1∗𝐿 =>E0=|𝑄1|∗𝐿 ∗ 10−𝑏=9,2*10^-12 Ф/м

    4𝜋𝐸0 4𝜋

    Выводы

    Таким образом, после множества опытов и вычислений, мы смогли верно вычислить 𝜀0 с минимальной погрешностью.

    1. Что такое электрическое поле (ЭП)? Электрическое поле – это векторное поле, действующее вокруг частиц, обладающих электрическим зарядом. Оно входит в состав электромагнитного поля. 2. Назовите источники ЭП. Источником ЭП являются электрически заряженные частицы.

    1. Перечислите основные свойства заряда. Заряд инвариантен – его величина одинакова при измерении в любой инерциальной системе отсчёта. Заряд сохраняется – суммарный заряд изолированной системы тел не изменяется. Заряд аддитивен – заряд системы тел равен сумме зарядов отдельных тел.

    2. Поясните свойство инвариантности заряда Принципиально заряды измеряются путем сравнения сил. Сила является инвариантом, т.е. она одинакова в разных системах отсчёта. Следовательно, отношение зарядов также инвариантно. А если и эталон заряда одинаков, то можно говорить, что заряд имеет одно и то же количественное значение в разных системах отсчета.

    3. Поясните свойство дискретности заряда. Дискретность заряда означает, что во первых существует минимальная разность между двумя неодинаковыми зарядами, меньше которой невозможно достичь.

    4. Сформулируйте закон сохранения заряда. Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется.

    5. Поясните свойство аддитивности заряда. Это свойство связано с сохранением электрического заряда и означает в широком смысле, что в любой инерциальной системе отсчета полный электрический заряд сохраняется.

    6. Какая сила действует между зарядами? Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна их величинам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Она является силой притяжения, если знаки зарядов разные, и силой отталкивания, если эти знаки одинаковы.

    7. Дайте определение напряженности линии ЭП. Зачем их рисуют? Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности. Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных

    электрических зарядах и кончаются на отрицательных электрических зарядах или уходят в бесконечность.

    1. Запишите закон Кулона. Закон Кулона — Сила взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами пропорциональна величинам этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

    2. Что такое напряженность электрического поля? Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и равная отношению силы, действующей на неподвижный точечный заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда.

    3. Запишите формулу для напряженности поля точечного заряда




    1. Сформулируйте принцип суперпозиции для ЭП. Напряженность электростатического поля системы точечных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым из этих зарядов в отдельности. В этом заключается принцип независимости действия электростатических полей или принцип суперпозиции (наложения) полей.

    2. Дайте определение потока ЭП. Потоком ЭП называется интеграл по данной поверхности S от скалярного произведения напряженности ЭП на элемент поверхности.

    3. Сформулируйте и запишите закон гаусса для ЭП. Поток электрической индукции через замкнутую поверхность S пропорционален величине свободного заряда, находящегося в объеме V, который окружает поверхность S.

    4. Что такое электрический диполь? Диполь — идеализированная система, служащая для приближённого описания поля, создаваемого более сложными системами зарядов, а также для приближенного описания действия внешнего поля на такие системы.

    5. Что такое ось диполя? Осью диполя называется прямая, проходящая через оба заряда.

    6. Что такое центр диполя? На диполь действует пара сил, сумма которых равна 0, то есть центр диполя остается на месте или движется равномерно и прямолинейно, однако момент этой пары сил отличен от 0.

    7. Дайте определение дипольного (электрического) момента. Электрический дипольный момент является мерой разделения положительных и

    отрицательных электрических зарядов в системе, то есть мера общей системы полярности.


    1. Запишите формулу для ЭП на линии, перпендикулярной оси диполя




    1. Какую форму имеет линия поля, проходящая через центр диполя? Линия поля, проходящая через центр диполя, перпендикулярно его оси, имеет вид бесконечной прямой линии.

    2. Что такое потенциал ЭП чего он используется? ПОТЕНЦИАЛОМ данной точки r ЭП называется скалярная характеристика ЭП, численно равная работе сил поля по перемещению точечного единичного положительного заряда из данной точки в другую фиксированную точку r0, в которой потенциал принят за 0 (например, в бесконечность).

    3. Напишите формулу потенциала точечного заряда.



    1. Что такое градиент? Градиент потенциала - это вектор, который представляет отношение изменения электрического потенциала по отношению к расстоянию в каждой оси системы.

    2. Как направлен вектор градиента потенциала? Градиент потенциала - это вектор, который представляет отношение изменения электрического потенциала по отношению к расстоянию в каждом из них. ось декартовой системы координат. Таким образом, вектор градиента потенциала указывает направление, в котором скорость изменения электрического потенциала больше в зависимости от расстояния.

    3. Чему равен модуль вектора градиента потенциала? Градиент потенциала показывает направление наибольшего возрастания потенциала, численно равен модулю напряженности и отрицательно направлен по отношению к нему.

    написать администратору сайта