- •Міністерство освіти і науки україни Запорізький національний технічний університет методичні вказівки
- •2 Техніка безпеки при роботі з електричними схемами
- •3 Похибки засобів вимірювання
- •4 Лабораторна робота № 21 дослідження періодичних процесів за допомогою осцилографа
- •4.1 Теоретична частина
- •4.2 Практична частина
- •4.3 Порядок виконання завдання 1
- •4.4 Порядок виконання завдання 2
- •Контрольні запитання
- •Література
- •5 Лабораторна робота № 22.1 вивчення законів постійного струму
- •5.1 Теоретична частина
- •5.2 Практична частина
- •Контрольні запитання
- •Література
- •6 Лабораторна робота № 23 дослідження електростатичного поля на моделі
- •6.1 Теоретична частина
- •6.2 Практична частина
- •Контрольні запитання
- •Література
- •7 Лабораторна робота № 24 вивчення магнітного поля на осі колового струму
- •7.1 Теоретична частина
- •7.2 Практична частина
- •Контрольні запитання
- •Література
- •8 Лабораторна робота № 25 вимірювання питомого заряду електрона
- •8.1 Теоретична частина
- •8.2 Практична частина
- •Контрольні запитання
- •Література
Контрольні запитання
-
Що таке електричний струм?
-
Що таке густина струму.?
-
Записати та сформулювати закон Ома для ділянки схеми.
-
Записати закон Ома в диференціальній формі.
-
Зв'язок між питомим опором провідника і його питомою електропровідністю.
-
Записати залежність опору провідника від його геометричних розмірів.
-
Що таке питомій опір?
-
Записати закон Ома для замкненого кола.
-
Сформулювати і записати закон Джоуля – Ленца.
-
Записати закон Джоуля-Ленца в диференціальній формі.
-
Сформулювати і записати перший закони Кірхгофа.
-
Сформулювати і записати другий закони Кірхгофа.
-
Як знаходиться загальний опір при послідовному з’єднанні?
-
Як знаходиться загальний опір при паралельному з’єднанні?
-
Вивести робочу формулу для опору по лівій схемі вимірювання.
-
Вивести робочу формулу для опору по правій схемі вимірювання.
Література
1. Чолпан П.П. Фізика.- К.: Вища школа, 2003.- С.217-221.
2. Савельев И.В. Курс общей физики. - т.2, М.: Наука,1982.- С.93-108.
3. Трофимова Т.И. Курс физики.- М: Высшая школа, 1990.- С.154-162.
4. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики.-т.2,К.:Техніка, 2001.-С.105-133.
Інструкцію склав доцент кафедри фізики ЗНТУ Манько В.К.
6 Лабораторна робота № 23 дослідження електростатичного поля на моделі
Мета роботи: побудувати еквіпотенціальні та силові лінії електростатичного поля та розрахувати: напруженість; густину енергії поля; роботу по переміщенню заряду в електричному полі.
Прилади і обладнання: джерело живлення, потенціометр, панель з електродами та електропровідним папером, зонд, осцилограф.
6.1 Теоретична частина
Електростатичне поле створюється нерухомими електричними зарядами і визначається в кожній точці простору силою, що діє на пробний заряд.
Силовою характеристикою електростатичного поля є його напруженість:
[Н/Кл] , (6.1)
де – сила, яка діє на позитивний точковий заряд q, внесений у дану точку поля.
Крім силової електричне поле має і енергетичну скалярну характеристику – потенціал φ. Він визначається роботою, яку виконує електрична сила при переміщенні одиничного позитивного заряду з даної точки поля в нескінченність, де прийнято потенціал рівним нулю. Вимірюється потенціал в СІ у вольтах В.
Коли заряд переміщується з точки 1 в точку 2, виконана при цьому робота не залежить від траєкторії і визначається тільки різницею потенціалів:
. (6.2)
Оскільки електростатичне поле виконує роботу, то воно має енергию . (6.3) Об’ємна густина енергії, тобто енергія одиниці об’єму простору, де створене поле, знаходиться за формулою
[Дж/м3], (6.4)
де о = 8,85·10-12 Ф/м – електрична стала, – відносна діелектрична проникність середовища, величина безрозмірна і показує у скільки разів напруженість у середовищі менша, ніж у вакуумі.
Потенціал є функцією координат . Якщо розподіл потенціалу відомий, можна знайти напруженість:
, (6.5)
де оператор grad в правій частині називається градієнтом. Він діє на скалярну функцію координат за правилом:
, (6.6)
є одиничні вектори вздовж осей x, y і z, відповідно.
Графічно електростатичне поле зображають за допомогою еквіпотенціальних поверхонь (еквіпотенціальних ліній в двохвимірному випадку) та силовими лініями (лініями напруженості).
Еквіпотенціальна поверхня (лінія) – це геометричне місце точок однакового потенціалу.
Силовою лінією називається лінія, дотична до якої в кожній точці співпадає з вектором напруженості. При побудові силових ліній можна використати такі їх властивості:
а) силові лінії починаються на позитивних зарядах і закінчуються на негативних зарядах (або розсіюються в нескінченності);
б) силові лінії при перетині еквіпотенціальних поверхонь (ліній) спрямовані перпендикулярно до них;
в) оскільки заряджені металеві поверхні є еквіпотенціальними, силові лінії виходять (або входять) перпендикулярно до електродів;
г) силові лінії розташовані густіше в тих місцях, де більше напруженість;
д) силові лінії спрямовані від більшого потенціалу до меншого.
Існує аналогія між розподілом потенціалу електростатичного поля в однорідному діелектричному середовищі та розподілом потенціалу в однорідному провіднику з електричним струмом. Це можна пояснити тим, що обидва випадки описуються тим же самим рівнянням, яке не включає жодного параметру середовища
. (6.7)
Це рівняння може бути застосоване до діелектрика так же само, як до провідника. Можна вивчати електричне поле в діелектрику шляхом вимірювання розподілу потенціалу в провіднику, хоч цей розподіл потенціалу має зовсім інше походження.
Розподіл потенціалу в тонкому провідному шарі використовується в цій роботі в якості двохвимірної моделі електростатичного поля. Для вимірювання потенціалу використовується місткова схема (рис. 6.1). Два металевих електроди А і Б притиснуті до аркуша паперу з провідним шаром. Напруга Uo = 6,3 В від джерела живлення подається на електроди і на нижні клеми реостата. До рухомого контакту (движка) Д реостата через клеми вертикального відхилення осцилографа (вхід Y) приєднується зонд З.
Осцилограф використовується в якості індикатора наявності різниці потенціалів. Коли зонд доторкається поверхні провідного паперу, на осцилографі спостерігається сигнал у вигляді вертикального відрізку, висота якого пропорційна різниці потенціалів між точкою дотику зонда та контактом З. Коли потенціал в точці дотику дорівнюватиме потенціалу на рухомому контакті, на екрані буде спостерігатись мінімум (в ідеальному випадку точка).