ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОГО ПОЛЯ

1. Теоретичні відомості

Електричне поле нерухомих зарядів називається електростатичним. Властивості електростатичного поля описуються двома величинами: напруженістю та потенціалом . Напруженістю електростатичного поля називається векторна фізична величина, яка чисельно дорівнює силі, що діє на додатній одиничний (величиною в одну одиницю заряду) заряд, розміщений в даній точці поля:

(1)

де – сила, яка діє на заряд у досліджуваній точці поля,

– величина заряду. Потенціалом електростатичного поля називається скалярна фізична величина, яка чисельно дорівнює потенціальній енергії одиничного заряду в даній точці поля:

(2)

де – потенціальна енергія взаємодії заряду , який знаходиться в даній точці поля, з електростатичним полем. Електростатичне поле можна наочно зобразити за допомогою силових ліній та еквіпотенціальних поверхонь. Лінія, у кожній точці якої напрям дотичної співпадає з вектором напруженості поля, називається силовою лінією. При графічному зображенні поля у вигляді силових ліній їх густота характеризує чисельне значення вектора напруженості. В електростатичному полі можна виділити сукупність точок, у яких потенціал буде однаковий. Геометричне місце точок поля з однаковим потенціалом називають еквіпотенціальною поверхнею. Оскільки усі точки еквіпотенціальної поверхні мають однаковий потенціал, то робота переміщення заряду по еквіпотенціальній поверхні між двома точками дорівнює нулю:

(3)

бо і . З іншого боку, робота, яку виконує поле, дорівнює

(4)

де – довжина елементарного (нескінченно малого) переміщення,

– кут між вектором напруженості та напрямком вектора елементарного переміщення . Оскільки при переміщенні заряду по еквіпотенціальній поверхні робота то з (4) випливає, що і , тобто силові лінії (напрям вектора у кожній точці поля) завжди перпендикулярні до еквіпотенціальних поверхонь.

Експериментальне дослідження електростатичного поля в даній роботі полягає в отримані його картини за допомогою еквіпотенціальних ліній та визначенні напруженості поля у різних його точках.

2. Опис схеми експерименту

У цій роботі електростатичне поле модулюється шляхом створення еквівалентного йому за своєю структурою поля постійного струму між провідниками, потенціали яких підтримуються постійними. Таке модулювання дає великі переваги, тому що апаратура для вимірювання струму більш зручна в роботі у порівнянні з електростатичною апаратурою.

На рис. 1 зображена пластина-ізолятор С, яка покрита струмопровідним папером (наприклад, фільтрувальним папером, змоченим у розчині мідного купоросу). В комплекті приладу є плоскі металеві електроди К різної форми, які закріплюються на папері затискачами. За допомогою акумуляторної батареї (або випростувача) між електродами підтримується постійна різниця потенціалів. Папір має значно меншу провідність у порівнянні з металевими електродами, тому поверхні електродів можна вважати еквіпотенціальними. Для виміру розподілу потенціалів використовуються два зонди, з'єднані з мікроамперметром, який має позначку нуль посередині шкали.

3. Порядок виконання роботи

1. Провести на папері між центрами електродів лінію. На цій лінії відмітити через 20 мм точки 1, 2, 3 і т.д. Встановити один із зондів у точці 1, другим відшукати кілька точок (вище та нижче точки 1), таким чином, щоб при встановленні другого зона у цих точках стрілка мікроамперметра не відхилялась від нульової позначки(поверталась на нуль шкали).

Оскільки при такому положенні зондів струм між відповідними точками дорівнює 0, то згідно із законом Ома різниця потенціалів також дорівнює 0, тобто потенціал у цих точках однаковий.

З'єднати ці точки суцільною лінією, яка і буде однією із еквіпотенціальних ліній.

2. Аналогічно знайти лінії рівного (однакового) потенціалу, які проходять через точки 2, 3,…, що розташовані на лінії з’єднання центрів електродів. Провести перпендикулярно до еквіпотенціальних ліній силові лінії.

3. Визначити напруженість поля у різних точках на лінії з’єднання центрів електродів із співвідношення:

. (5)

де – різниця потенціалів між еквіпотенціальними лініями, а – віддаль між ними. Різницю потенціалів визначити згідно із законом Ома: , де – сила струму на ділянці між відповідними точками, – внутрішній опір мікроамперметра (вказаний у паспорті приладу). Силу струму виміряти мікроамперметром за допомогою зондів, встановивши один із них в одній, а інший – в другій точках, між якими визначається різниця потенціалів.

4. Оцінити похибки вимірювань.

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
ВИЗНАЧЕННЯ ПИТОМОГО ОПОРУ ПРОВІДНИКА	\|	ВИЗНАЧЕННЯ ЄМНОСТІ КОНДЕНСАТОРА.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.02 сек.