лаба. Цель работы Ознакомление с методикой моделирования электростатического поля в токопроводящей среде, исследование электростатического поля, созданного системой проводящих тел,
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
Цель работы: Ознакомление с методикой моделирования электростатического поля в токопроводящей среде, исследование электростатического поля, созданного системой проводящих тел, исследование интегральных характеристик электростатического поля – поток вектора напряженности и индукции, теорема Гаусса, циркуляция вектора напряженности Приборы и принадлежности:лабораторный макет установки для моделирования электростатического поля (рис. 1). В работе используется планшет (1), покрытый проводящей бумагой, с нанесенными на него металлическими электродами (2). На планшете установлены две подвижные линейки (3), с помощью которых определяются координаты щупа (4), подключенного к вольтметру (pV). Помещая щуп в различные точки планшета, и, измеряя потенциал данной точки, можно построить картину исследуемого поля. рис.1 лабораторный макет Исследуемые закономерности Модель электростатического поля. В проводящей среде под действием приложенной к электродам постоянной разности потенциалов происходит направленное движение заряженных частиц, в результате которого в среде, окружающей электроды, устанавливается стационарное распределение потенциала, подобное распределению потенциала в диэлектрической среде вокруг заряженных проводящих тел, если форма и взаимное расположение последних аналогичны соответствующим параметрам электродов проводящей модели. На планшете моделируются так называемые плоские поля, т.е. такие поля, картина которых остается неизменной при параллельном переносе плоскости, в которой производится исследование поля. Как правило, – это электростатические поля объектов, бесконечно протяженных в направлении, перпендикулярном секущей плоскости. Если абсолютная величина линейной плотности заряда на цилиндрах τ (Кл/м), то напряженность электростатического поля в произвольной точке секущей плоскости будет определяться геометрической суммой напряженностей полей, создаваемых каждым цилиндром (принцип суперпозиции). Для каждого из цилиндров абсолютная величина напряженности поля Сопоставление свойств электростатического поля и поля электрического тока в проводящей среде показывает, что если в электростатическом поле на помещенный в поле заряд действует сила где n – единичный вектор в направлении максимального изменения потенциала, то в проводящей среде вектор плотности тока подчиняется вполне симметричному соотношен Задание на подготовку к работе https://physicsleti.herokuapp.com/ источник лабораторных значений 3. Дайте определение потенциального поля, напряженности и потенциала электростати- ческого поля. Выведите соотношение, связывающее разность потенциалов с напря- женностью электростатического поля, используя их определения. Потенциальное векторное поле — векторное поле, которое можно представить как градиент некоторой скалярной функции. Необходимым условием потенциальности векторного поля является равенство нулю ротора поля. Однако это условие не является достаточным — если ассматриваемая область не является односвязной, то скалярный потенциал может быть огозначной функцией. Напряжённость - векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и равная отношению силы F действующей на неподвижный точечный заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда q. Электростатический потенциал — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию, которой обладает единичный положительный пробный заряд, помещённый в данную точку поля. Пусть заряд перемещается в направлении напряжённости однородного поля 1 в поле 2, тогда электрическое поле будет совершать работу равную A=q*E*d Выразим эту работу через разность потенциалов A= q*(φ 1 -φ 2 )=q*U приравнивая выражение для работы найдём модуль вектора напряжённости поля𝐸 = 𝑈 𝛥𝑑 Формула показывает что чем меньше меняется потенциал на расстоянии тем меньше напряжённость электрического поля. Если потенциал не меняется совсем то напряжённость поля равна нулю. 4. Как по силовым линии электростатического поля можно качественно характеризовать величину напряженности, поток вектора напряженности? Густота силовых линий должна быть такой, чтобы единичную площадку, нормальную к вектору напряженности пересекало такое их число, которое равно модулю вектора напряженности силовые линии однородного электрического поля напряженностью пронизывают некоторую площадку S, то поток вектора напряженности будет определяться формулой: 5. Покажите, что градиент потенциала, взятый с противоположным знаком, равен напряженности электростатического поля. Напряжённость в какой-либо точке электрического поля равна градиенту потенциала в этой точке, взятому с обратным знаком. Знак «минус» указывает, что напряженность E направлена в сторону убывания потенциала E = - gradφ = -סÑ. 6. Выведите, используя теорему Гаусса, выражение для зависимости напряженности от расстояния до центра равномерно заряженного по объему с объемной плотностью ρ бесконечного стержня радиуса R (внутри и вне стержня). электрическая проницае мость стержня ε = 2 , вне стержня ε = 1. В соответствии с теоремой Гаусса следовательно, вне стержня в стержне 2. Для данной модели двухпроводной разноименно заряженной линии качественно изобразите на рисунке 2 силовые линии напряженности (5-6 линий) и эквипотенциальные линии (5-6 линий). рис. 2 линии |