Московский государственный технический университет «мами»
Вид материала | Лабораторная работа |
Содержание2Градиентом потенциала Порядок выполнения работы |
- Технический Университет «мами», 19.15kb.
- Хроники объединенного фонда электронных ресурсов «наука и образование», 709.89kb.
- Технический Университет «мами», 271.88kb.
- Московский Государственный Институт Электроники и Математики (Технический Университет), 763.07kb.
- Отчет государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования, 2810.92kb.
- Московский Государственный Институт Электроники и Математики (Технический Университет), 10.69kb.
- Московский государственный технический университет, 2934.92kb.
- Московский государственный технический университет «мами», 103.59kb.
- Осрб 1-36 04 02-2008, 702.53kb.
- Дорожный Технический Университет (мади) г. Москва, Ленинградский проспект, д. 64, программа, 39.53kb.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»
Кафедра физики
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.01
Изучение электростатического поля
Москва 2005 г.
Лабораторная работа № 2.01
Изучение электростатического поля
Цель работы: получение графического изображения электростатических полей, созданных заряженными телами различной конфигурации, и определение напряженности электростатического поля в произвольной точке.
ВВЕДЕНИЕ
Электрическое поле – одна из форм существования материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрически заряженных тел. Поле, созданное неподвижными электрическими зарядами называется электростатическим.
Электростатическое поле в каждой точке характеризуется вектором напряженности






Потенциал поля




где




2
Градиентом потенциала называется вектор, направление которого совпадает с направлением наибольшего увеличения потенциала, а величина равна изменению потенциала на единицу длины в направлении наибольшего изменения (рис.1)
Г

Эквипотенциальная поверхность есть геометрическое место точек равного потенциала (пунктирные линии на рис. 2)
Силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Действительно, работа




так как изменение потенциала

С другой стороны

где



Так как





а

Отсюда вытекает, что силовые линии электростатического поля перпендикулярны к эквипотенциальным поверхностям.
Ортогональность силовых линий и эквипотенциальных поверхностей используется в данной работе для построения силовых линий электростатического поля по экспериментально установленному положению эквипотенциальных поверхностей.
Определить положение эквипотенциальных поверхностей можно, измеряя потенциал электростатического поля в различных точках. Для
3
определения потенциала в электростатическом поле применяются электрометры. Однако измерение потенциала с помощью электрометра затруднено, вследствие возмущений, вносимых в поле зондом.
В данной работе для экспериментального исследования электростатического поля используется моделирование. Моделью электростатического поля является электрическое поле, возникающее в слабопроводящей среде при помещении в нее электродов, на которые подается переменное электрическое напряжение от внешнего источника. Изучение электростатического поля заряженных электродов заменяют изучением электрического поля в проводящей среде при наличии тока. Такую замену можно сделать потому, что математическое описание обоих полей тождественно и электрическое поле в слабопроводящей среде при наличии тока такое же, как электростатическое поле заряженных электродов до их погружения.
Определение положения точек в проводящей среде, имеющих одинаковый потенциал, осуществляется с помощью вольтметра (рис.3)

1 – ванна, 2 – источник питания, 3 – электроды, 4 – вольтметр, 5 – зонд.
К одной клемме вольтметра (рис.3) подключают зонд, вторую соединяют с одним из электродов. Перемещая зонд в пространстве между электродами так, чтобы вольтметр показывал одинаковое значение выбранной разности потенциалов, находят ряд точек с равным потенциалом.
В данной работе в качестве слабопроводящей среды используется вода.
4
Для получения графической картины электрического поля используется пантограф, который представляет собой устройство, состоящее из системы рычагов, на одном конце которого находится зонд, а на другом – пробойник. На листе бумаги, закрепленной на столе пантографа, пробойником отмечают точки равного потенциала, соединив которые можно получить эквипотенциальную поверхность, а точнее ее сечение плоскостью чертежа.
Порядок выполнения работы
- Установить в ванне два заранее заданных преподавателем электрода.
- На столе пантографа укрепить лист чистой бумаги.
- Включить установку в сеть.
- Зондом коснуться каждого из электродов в нескольких точках, а пробойником проколоть лист (точки прокола можно обозначить карандашом). Соединив точки прокола получить изображения электродов. У каждого нарисованного на листе бумаги электрода написать соответствующее значение потенциала, определенное с помощью вольтметра.
- Найти 34 эквипотенциальные линии в пространстве между электродами.
Для нахождения каждой линии зонд, опущенный в ванну, перемещать между электродами так, чтобы вольтметр показывал одинаковое значение выбранной разности потенциалов. Точки, имеющие одинаковый потенциал, наносить пробойником на листе бумаги. Соединив их, получить эквипотенциальную линию, а рядом указать соответствующее
значение потенциала.
- Заменить по указанию преподавателя электроды и повторить для них измерения по пунктам 45. При этом на стол пантографа надо положить чистый лист бумаги.
- Построить силовые линии поля, для каждой пары электродов.
- Для пары электродов, создающих неоднородное электрическое поле, выбрать две близкорасположенные эквипотенциальные линии и рассчитать напряженность поля в любой произвольной точке между ними. Для этого воспользоваться соотношением

где



Необходимо учесть, что графическое изображение поля получено с помощью пантографа в масштабе 1:2.
5
Контрольные вопросы
- Какое поле называется электростатическим?
- Назовите основные характеристики электростатического поля и дайте их определение.
- Что такое линия напряженности и эквипотенциальная поверхность?
- Какая существует связь между напряженностью электростатического поля и потенциалом?
- Докажите, что силовые линии электростатического поля перпендикулярны к эквипотенциальным поверхностям.
- Расскажите об экспериментальном методе исследования электростатических полей, применяемом в данной работе.
Литература
- Савельев И.В. Курс общей физики, книга 2. Электричество и магнетизм. М.: «Наука». 2003 г.
- Детлаф А.А., Яворский В. М. Курс физики. М.: «Высшая школа», 1999 г.
- Калашников С.Г. Электричество. M.: Физматлит, 2004 г.
- Трофимова Т.И. Курс физики. М.: «Высшая школа», 2003г.
