Методические указания к выполнению лабораторных занятий по дисциплине «физика» Алмалык 2020

Лабораторная работа №8

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ


Цель работы: Изучить распределение потенциала в поле, графически изобразить поля простейших систем.
Приборы и принадлежности: Ванна с водой, металлический щуп-зонт, нуль-галовнометр, электроды (две пластинки и два шара), соединительные провода, два магазина сопротивлений, вольтметр, источник постоянного тока.


Теоретические сведения

Вокруг каждого неподвижного заряда существует электростатическое поле, обнаруживаемое по действию на заряженные тела, помещенные в это поле. Электрическое поле – особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между зарядами. Для характеристики электростатического поля вводятся две величины– напряженность (силовая характеристика) и потенциал (энергетические характеристики).

Напряженностью электрического поля в данной точке называется физическая величина численно равная силе, действующей на положительный единичный заряд, помещенной в данной точке поля. Напряженность величина векторная.
=F/q (8.1)
Направление напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. За единицу напряженности электрического поля принимается напряженность в такой точке, в которой на точечный заряд 1 Кл действует сила в 1 Н. Напряженность поля зависит от величины заряда q, создающего поле, и расстояние r от заряда до данной точки поля. Для точечного заряда напряженность поля определяется по формуле
E= . (8.2)
Где _o=8,8510^–12 Ф/м – электрическая постоянная или абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума,  – относительная диэлектрическая проницаемость среды.
Напряженность поля созданного несколькими зарядами, равна геометрической сумме напряженностей созданных отдельными зарядами:
= + +...+ (8.3)
Графически изобразить электрическое поле можно с помощью силовых линий. Силовыми линиями называются линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности.
Потенциалом данной точки называют величину численно равную работе сил поля по перемещению единичного положительного заряда данной точки в бесконечно удаленную, потенциал которой принимается равным нулю:
=A/q. (8.4)
Потенциал точечного заряда определяется по формуле
(r)= (8.5)
Если поле создается несколькими зарядами, то потенциал, в какой либо точке поля равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых в этой точке отдельными зарядами:
=₁+₂+...+_n. (8.6)
Разность потенциалов в двух точках измеряется работой, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из одной точки поля в другую.
₁–₂=A/q (8.7)
Разность потенциалов измеряется в Вольтах. За единицу разности потенциалов 1 В принимается разность потенциалов между двумя точками поля, при перемещении между которыми заряда 1 Кл совершается работа в 1 Дж.
₁–₂=1В
Между напряженностью поля и потенциалом существует следующая связь:
E=– =gra d (8.8)
То есть напряженность поля измеряется изменением потенциала на единицу длины в направлении силовой линии.
Вообще говоря, потенциал разных точек поля разный, но в каждом поле можно найти такое геометрическое место точек, потенциалы которых одинаковы.
Геометрическое место точек равного потенциала называется эквипотенциальной поверхностью. Линии, обозначающие эквипотенциальной поверхности, обычно проводят так, чтобы разности потенциалов меду соседними эквипотенциальными поверхностями были одинаковы.
Эквипотенциальные поверхности перпендикулярны силовым линиям. Таким образом, зная расположение эквипотенциальных поверхностей, оно определить расположение силовых линий, а следовательно, определить величину направление напряженности поля в любой точке.