- •Саратовский государственный технический университет изучение электростатического поля в моделях на электролитической ванне
- •Саратов-2006
- •Электростатическое поле
- •Потенциал электростатического поля
- •Связь напряжённости с потенциалом
- •Описание лабораторной установки и ее принципа работы
- •Построение картины поля
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет изучение электростатического поля в моделях на электролитической ванне
Методические указания
к выполнению лабораторной работы по физике
для студентов всех специальностей
всех форм обучения
Электронное издание локального распространения
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов-2006
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
Составитель – к.ф.-м.н. Шведова Наталья Дмитриевна.
Под редакцией - Зюрюкина Юрия Анатольевича.
Рецензент – Пулин Виктор Федотович
410054, Саратов, ул. Политехническая 77,
Научно-техническая библиотека СГТУ,
тел. 52-63-81, 52-56-01
http: // lib.sstu.ru
Регистрационный
номер 060551Э
© Саратовский государственный
технический университет 2006 г
Цель работы: отображение электростатического поля на основе снятия и построения сечений эквипотенциальных поверхностей в электростатической модели на электролитической ванне, определение структуры силовых линий на этом отображении и расчёт напряжённости в различных точках поля.
Электростатическое поле
Электростатическое поле – это одна из форм материи. Любой заряд создает вокруг себя электрическое поле и через поле осуществляет взаимодействие с другими зарядами.
Электростатическим полем называется поле, созданное неподвижными зарядами. В каждой точке пространства электростатическое поле можно охарактеризовать его напряженностью и потенциалом.
Для исследования поля нужно в различные его точки помещать «пробный» точечный заряд q0 достаточно малый, чтобы он не искажал исследуемого поля.
Напряженностью электростатического поля в данной точке называется векторная величина, численно равная отношению силы, действующей в данной точке на пробный заряд, к величине этого заряда:
(1)
Н аправление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. На Рис.1 показано направление вектора напряженности электростатического поля, созданного положительным (а) и отрицательным (б) точечным зарядами.
Н
рис. 1
Линией напряжённости (силовой линией) называется такая воображаемая линия в поле, в каждой точке которой вектор напряжённости является касательной к ней. Линиям напряжённости приписывается определённое направление: они начинаются на поверхности положительного заряда, создающего поле, и оканчиваются на поверхности отрицательного заряда.
С помощью линий напряжённости удобно изображать поле графически. В расположении и форме этих линий сказываются все особенности данного поля.
Энергетической характеристикой поля в каждой точке является потенциал. Если положительный пробный заряд q0 переместится из исследуемой точки поля в бесконечность (где поле отсутствует), то силы поля совершат над зарядом некоторую работу A. В электростатическом поле эта работа зависит только от начального и конечного положения перемещаемого заряда и не зависит от пути, по которому заряд перемещается. Следовательно, в исследуемой точке пробный заряд обладает определённой потенциальной энергией WР = A.
Потенциалом поля в данной точке называется скалярная величина, численно равная отношению потенциальной энергии пробного заряда в указанной точке к величине этого заряда:
(2)
За единицу потенциала принят один вольт (1В = 1 Дж/Кл).
Потенциал принимается условно за нуль в точках, бесконечно удалённых от зарядов, которые создают поле. В других точках потенциал может быть положительным или отрицательным. Положительный пробный заряд под действием сил поля стремится перемещаться в направлении уменьшения (падения) потенциала, то есть от точек с положительным потенциалом к точкам с нулевым потенциалом (такие точки могут быть и в поле), а от точек с нулевым к точкам с отрицательным потенциалом.