клон Чайковски
Федерален държавен бюджет
Учебно заведение за висше професионално образование
"Национален изследователски политехнически университет в Перм"
Департамент по хуманитарни и природни науки
Лаборатория №2
"Електростатични изследвания"
1. Запознайте се с метода за моделиране на електростатично поле с помощта на електропроводима хартия;
2. Изследвайте електростатичното поле на плоски и цилиндрични кондензатори.
DC захранване, волтметър, таблет с комплект електроди и проводяща хартия; проводници, единият от които е оборудван със сонда.
Информация от теорията
Електростатичното поле (ESF) еформа на материя, която взаимодейства между заредени тела.
Основното свойствона полето есилово действиевърху всеки заряд, поставен в полето.
Източникът на ESPе неподвижен заряд (заредено тяло).
Количествените характеристики на ESP са интензивност и потенциал.
Напрегнатост на полетое векторна физическа величина, характеризираща силовото действие на полето в точка, числено равна на силата, с която полето би въздействало върху единица положителен заряд, поставена в дадена точка от полето и съвпадаща по посока с посоката на действие на тази сила.
където
Такасилата е мощностната характеристика на полето. Единицата за напрежение еN/Cl(V/m). Ако силата на полето във всички точки е еднаква по величина и посока, тогава полето се нарича хомогенно, в противен случай -разнородни.
Потенциалът на полето в точкае скаларна физическа величина, която характеризира енергийните свойства на полето, числено равна на потенциалната енергия на един положителен заряд, поставен в дадена точка на полето.
къдетоWnе потенциалната енергия на заряда+qпоставен в някаква точка на полето.
Единицата за потенциал еB(J/C).Потенциалът е енергийната характеристика на полето.
Потенциалната енергия, а с нея и потенциалът, се довеждат до константа. За да може потенциалът да придобие точно определена стойност, е необходимо да му се присвои определена стойност в една от точките на полето. Във физиката е обичайно да се разглежда= 0в точка, безкрайно далеч от заредено тяло.
Трябва обаче да се помни, че въпреки че за всяка точка от полето можете да посочите такова количество като потенциал, само потенциалната разлика на две точки от полето (1–2) има ясно физическо значение: тя е равна на работата на полето при преместване на единица положителен заряд от една точка (1) в друга (2). На практика също е възможно да се измери само потенциалната разлика. И, говорейки за измерване на потенциала, имаме предвид измерването на потенциалната разлика на две точки, потенциалът на една от които условно се приема за нула.
От дефиницията на потенциалната разлика на две точки на полето следва, че работата на полето за преместване на заряда+qот точка1до точка2може да се изчисли по формулата:
(2.3)
Електростатичното поле може да бъде представено графично. Това се прави с помощта на линии на напрежение (линии на сила) и еквипотенциални повърхности.
Линията на напрежение елиния, допирателна към която във всяка точка съвпада с посоката на напрегнатостта на полето в тази точка (фиг. 2.1– плътни криви).
E
Тъй като работата на полето при преместване на заряда по еквипотенциалната повърхност е нула (1=2), това означава, че линиите на напрежение във всяка точка на полето са перпендикулярни на еквипотенциалните повърхности.
Силата на полето и потенциалната разлика са взаимосвързани. Най-общо тази връзка изглежда така:
Тук производната на разстоянието се взема по линията на напрежение в посока, съвпадаща с посоката на единичния нормален вектор
В случай на еднородно поле модулът на вектора на интензитета е свързан с потенциалната разлика чрез връзката:
dе разстоянието между тези точки.
По този начин, знаейки закона за промяна на потенциала по линията на полето, е възможно да се определи силата на полето във всяка точка на полето, чиято числена стойност е равна на промяната на потенциала на единица дължина на линията на полето. От това следва друга единица за измерване на опън -V/m.