| engineerklub | Дата: Воскресенье, 06.02.2022, 15:50 | Сообщение # 1 |
 Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 37336
Статус: Offline
| Изучение характеристик электростатического поля. Вариант №7
Тип работы: Работа Лабораторная
Сдано в учебном заведении: ДО СИБГУТИ
Описание:
«Изучение характеристик электростатического поля»
Цель работы:
1. Изобразить графически сечение эквипотенциальных поверхностей электростатического поля, созданного заданной конфигурацией электрических зарядов
2. Используя изображение эквипотенциальных поверхностей, построить силовые линии электростатического поля заданной конфигурации зарядов
3. При помощи полученной картины силовых и эквипотенциальных линий проверить справедливость формулы связи напряжённости электрического поля с его потенциалом.
Основные теоретические сведения
Помимо механического взаимодействия тел в природе существуют и другие фундамен-тальные виды взаимодействия. Тела, способные к таким взаимодействиям, обладают особыми физическими свойствами. Одним из таких свойств является электрический заряд. Обладающие электрическим зарядом тела способны вступать в новый вид взаимодействия, который назы-вается электрическим (точнее – электромагнитным) взаимодействием.
Электрический заряд не может существовать без материального носителя. Электромаг-нитное взаимодействие превосходит механическое по интенсивности примерно на 40 порядков. Кроме того, электромагнитное взаимодействие может носить не только характер притяжения, но и характер отталкивания. Установлено, что в природе существует два вида электрических зарядов, один из которых условно был назван положительным, другой – отрицательным. Эксперименты показывают, что одинаковые по знаку электрические заряды отталкиваются, а противоположного знака – притягиваются.
Электрический заряд обладает свойством сохранения: в замкнутой системе алгебраиче-ская сумма электрических зарядов остается неизменной при любых взаимодействиях тел внутри такой системы. Это утверждение получило название закона сохранения электрического заряда.
Кроме того, заряд обладает свойством делимости: его можно распределять между телами. Однако, существует предельное значение величины заряда, дальше которой он уже не делится. Было обнаружено, что такой минимальный заряд неразрывно связан с очень маленькой частицей, которая была названа электроном. Заряд электрона оказался равным и условно считается отрицательным.
Электрический заряд обозначается буквой и измеряется в кулонах (Кл). Единица за-ряда названа в честь великого французского физика Шарля Огюстена Кулона, впервые количе-ственно охарактеризовавшего электромагнитное взаимодействие.
Действие одного электрически заряженного тела на другое осуществляется посредством электромагнитного поля. Электромагнитное поле – это структурная форма материи, по-средством которой осуществляется электромагнитное взаимодействие. Основные свойства этого силового поля таковы:
• Электромагнитное поле создается только электрически заряженными телами (электрическими зарядами). Если электрические заряды, создающие поле, непод-вижны в заданной системе отсчета, то создаваемое поле называется электроста-тическим.
• Электромагнитное поле способно оказывать силовое воздействие на помещенный в него электрический заряд.
• Поле является объективной реальностью, то есть, его существование не зависит от наших знаний о нем. Обладая достаточными знаниями, мы можем создать приборы, способные обнаружить и использовать это поле.
Силовое воздействие электростатического поля на электрический заряд количественно характеризуется законом Кулона: сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов пропорциональна величине заряда, создающего поле, величине заряда, помещенного в это поле и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.
СКАЧАТЬ
|
| |
|
|
| engineerklub | Дата: Воскресенье, 06.02.2022, 15:51 | Сообщение # 2 |
|
Генералиссимус
Группа: Администраторы
Сообщений: 37336
Статус: Offline
| где - сила взаимодействия заряда с полем, - коэффициент пропорциональности, обусловленный выбором системы единиц СИ, - величина заряда, создающего поле, - ве-личина заряда, помещенного в поле, - расстояние между зарядами, - относительная ди-электрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между зарядами, - элек-трическая постоянная.
Сила взаимодействия электрических зарядов (сила Кулона) направлена вдоль прямой, проходящей через центры взаимодействующих электрических зарядов, то есть, является цен-тральной силой. В векторном виде закон Кулона можно записать так:
Вектор имеет единичную величину и направление, совпадающее с направлением коорди-натной оси, соединяющей центры взаимодействующих зарядов.
Заметим, что названия зарядов «создающий поле» и «помещённый в поле» полностью условны; их можно легко менять местами. Правильный выбор роли каждого заряда часто об-легчает решение задачи.
Электростатическое поле в каждой точке пространства характеризуется двумя парамет-рами: напряжённостью и потенциалом.
Напряжённость электрического поля – это физическая величина, равная силе, дейст-вующей на положительный единичный точечный заряд, помещённый в данную точку поля.
Из определения напряжённости следует, что сила, действующая со стороны электриче-ского поля на точечный заряд, равна:
Единица напряжённости электрического поля в системе СИ - .
Исходя из закона Кулона (1) и определения (3), можно легко рассчитать напряжённость электрического поля, создаваемого одиночным точечным зарядом в вакууме:
Для расчета напряжённости электрического поля, создаваемой заряженными телами произвольной формы, используется теорема Гаусса – важнейшая теорема электростатики: поток вектора напряжённости электрического поля сквозь произвольную замкнутую поверх-ность, содержащую электрические заряды, равен отношению алгебраической суммы этих зарядов к электрической постоянной и диэлектрической проницаемости среды, которой заполнено пространство внутри поверхности.
Значение теоремы заключается в том, что с её помощью можно достаточно просто рас-считать электрическое поле, создаваемое сколь угодно сложной конфигурацией электрических зарядов. Доказательство теоремы можно найти в литературе.
По известному из курса механики принципу независимости действия сил, результи-рующее значение напряжённости поля, создаваемого одновременно несколькими электриче-скими зарядами в одной и той же точке пространства, определяется согласно принципу супер-позиции: результирующая напряжённость электрического поля равна векторной сумме на-пряжённостей полей, создаваемых каждым из имеющихся зарядов:
Электрическое поле характеризуется также потенциалом - энергетической величиной, равной потенциальной энергии положительного единичного точечного заряда, помещенного в данную точку поля:
где - потенциал, - потенциальная энергия взаимодействия электрического заряда с полем, - величина этого заряда. Размерность потенциала в системе единиц СИ: .
Потенциал поля, создаваемого одиночным точечным зарядом в вакууме, равен
Результирующее значение потенциала, создаваемого одновременно несколькими элек-трическими зарядами в одной и той же точке пространства, определяется согласно принципу суперпозиции: результирующий потенциал электрического поля равен алгебраической сумме потенциалов полей, создаваемых каждым из имеющихся зарядов:
Отметим, что потенциал - скалярная величина, которая определяется с точностью до произвольной постоянной. Поэтому физический смысл имеет только разность потенциалов. Разность потенциалов связана с работой сил электрического поля по перемещению точечного заряда следующим образом:
где - потенциалы начальной и конечной точек положения заряда. Вспомним, что введе-ние понятий потенциала и потенциальной энергии заряда в электрическом поле связано с тем, что работа по перемещению заряда в электрическом поле не зависит от траектории его дви-жения, а определяется лишь началь¬ным и конечным положением заряда. В соответствие с (11) эта ра¬бота определяется разностью потенциалов начальной и конечной точек.
Напряжённость и потенциал - два физических параметра одного и того же объекта – электрического поля. Для нахождения связи между ними рассчитаем работу при бесконечно малом перемещении точечного заряда в электрическом по¬ле из точки 0 в точку А (рисунок 1).
Элементарная механическая работа при таком перемещении вычисляется так:
СКАЧАТЬ
|
| |
|
|
