електростатично поле
Цел на работата:Изучаване на основните свойства и характеристики на електростатичното поле и метода за неговото моделиране; построяване на силови линии и еквипотенциали на плоско поле в дадена система от електроди; експериментално определяне на капацитета на системата от електроди и разпределението на полето между тях.
Електрическият заряд създава електрическо поле около себе си и взаимодейства с други заряди чрез полето. Между зарядите действат кулонови сили, чиято величина и посока зависят от формата и размера на наелектризираните тела и естеството на разпределението на зарядите върху тях. За точковите електрически заряди силата на взаимодействие на Кулон има формата:
Във всяка точка на пространството електрическото поле се характеризира с интензитет и потенциал.
Силата на електростатичното поле в дадена точка е векторно количество, числено равно на съотношението на силата, действаща в дадена точка върху тестов заряд, към стойността на този заряд:
Напрегнатостта на полето е мощностната характеристика на електростатичното поле. Мерната единица за напрежение е волт на метър. Линията на напрежение е крива, допирателната към която във всяка точка съвпада с вектора
Потенциалът на полето в дадена точка е скаларна стойност, числено равна на отношението на потенциалната енергия на пробния заряд в определена точка към стойността на този заряд:
Един волт се приема като единица потенциал. Формират се точки с постоянен потенциалпространствени еквипотенциални повърхности.
Еквипотенциалните повърхности в хомогенна среда винаги са перпендикулярни на силовите линии. Връзката между потенциал и интензитет се дава като:
Този израз се нарича потенциален градиент и се обозначава накратко:
Поради потенциала на електростатичното поле, работата по преместване на заряда не зависи от формата на пътя, а се определя само от позицията на началната и крайната точка на траекторията.
В електростатично поле принципът на суперпозицията е изпълнен. Потенциалът на проводника е пропорционален на големината на заряда: q = C
Стойността C се нарича електрически капацитет на проводника. Системата от проводници се нарича кондензатор, действителните проводници се наричат плочи. Стойността на капацитета на кондензатора зависи от потенциалната разлика между плочите:
С = q / (
И се определя от формата, размера на плочите и разстоянието между тях.
Потокът се изчислява върху затворена еквипотенциална повърхност, покриваща електрода на симулираната система, като се използват стойностите на нормалния компонент на вектора на интензитета E, намерени на проводящия модел.Потенциалната разлика U се приема равна на напрежението между електродите на модела, диелектричната константа
Описаната идея за моделиране е относително лесна за изпълнение за плоски полета по метода на електролитната баня. Плитка вана от изолационен материал се пълни с електролит, слаб разтвор на сол във вода.
Във ваната се поставят електроди, чиято конфигурация съответства на конфигурацията на пластините на кондензатора, а размерите са пропорционални на размерите на пластините, което осигурява геометрична прилика. Симулирайтеплоски полета, такива, чийто потенциал и интензитет зависят само от две координати.
За измерване на потенциала в модела се използва сонда. В резултат на измерването се получава система от еквипотенциали със зададена стъпка. Напрегнатостта на полето се счита за постоянна във всеки сегмент от еквипотенциала и се изчислява по формулата:
Общият поток на вектора на напрежение е равен на:
F =
Капацитет на единица дължина (линеен капацитет) на симулираната система: (*)
Последователност на работа.
1. Монтирайте електродите с избраната форма в електролитната вана.
2. Върху лист хартия (милиметрова хартия) е нанесена координатна мрежа в произволен мащаб за по-нататъшни наблюдения.
3. Сглобихме и включихме измервателната верига.
4. Сондата беше преместена на малко (5-7 mm) разстояние от електрода към противоположния електрод. Фиксираме точки на първия еквипотенциал, който се оказва затворен.
Таблица с координати за първия еквипотенциал, вдясно от оста: