11297
Исследование электростатического поля, лабораторная работа
Лабораторная работа
Физика
Исследование электростатического поля Указания содержат краткое описание измерительной установки и методику исследования электростатического поля. Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторно
Русский
2015-01-16
429 KB
69 чел.
Исследование электростатического поля
Указания содержат краткое описание измерительной установки и методику исследования электростатического поля.
Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Электричество и магнетизм»).
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Цель работы: 1) построить эквипотенциальные поверхности и линии напряженности электростатического поля по экспериментальным данным;
2) вычислить напряженность однородного и неоднородного электростатического поля.
Оборудование: электролитическая ванна с двумя плоскими электродами; набор электродов разной формы (набор металлических тел разной формы); реостат (потенциометр); высокоомный вольтметр; металлический зонд; осциллограф; соединительные провода; источник постоянного тока; линейка; миллиметровая бумага; карандаш; водопроводная вода.
Электрическое поле одна из форм существования материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрически заряженных тел. Поле, созданное неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим.
Для обнаружения и исследования поля вводят понятие «пробный заряд». Пробный заряд - это единичный положительный точечный заряд, помещённый в исследуемое поле и не искажающий его. На пробный заряд , внесенный в электрическое поле, создаваемое точечным зарядом , действует кулоновская сила:
, (1)
где - вектор, проведенный от заряда к заряду .
Электростатическое поле в каждой точке характеризуется вектором напряженности и потенциалом .
Напряженность поля векторная физическая величина, численно равная силе , действующей на единичный пробный положительный заряд , помещенный в данную точку поля:
(2)
Напряженность измеряется в .
Потенциал поля скалярная физическая величина, численно равная потенциальной энергии единичного пробного положительного заряда, помещенного в данную точку поля:
|
Рис. 1 |
|
Рис. 2 |
(3)
Потенциал измеряется в вольтах -.
Напряженность и потенциал электростатического поля связаны между собой соотношением:
(4)
где производная потенциала по нормали к эквипотенциальной поверхности (рис.1). Она также называется градиентом потенциала, который обозначается
(5)
Графически электростатические поля изображаются с помощью силовых линий и эквипотенциальных поверхностей.
Силовой линией электростатического поля или линией напряженности называется линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряженности (сплошные линии на рис.2).
Силовые линии обладают следующими свойствами:
силовые линии электростатического поля не замкнуты они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах;
линии непрерывны и нигде не пересекаются (т.к. их пересечение означало бы отсутствие определенного направления напряженности электрического поля в данной точке);
густота линий выбирается так, чтобы количество линий, пронизывающих единицу поверхности площадки, перпендикулярной к линиям, было равно численному значению (модулю) вектора .
общее число силовых линий, пересекающих некоторую поверхность, иначе называют потоком вектора напряжённости поля.
На рис. 3 приведены силовые линии точечных положительного и отрицательного зарядов и электрического диполя (системы двух зарядов).
Эквипотенциальная поверхность это геометрическое место точек равного потенциала (пунктирные линии на рис. 2).
Силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Электростатическое поле называется однородным, если в любой его точке вектор напряжённости имеет постоянную величину и направление (рис. 4). В противном случае, оно называется неоднородным (рис. 5).
Если поле создается системой зарядов, то напряженность в данной точке поля равна:
(6)
где число зарядов, создающих систему. Это выражение называется принципом суперпозиции полей: напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым зарядом в отдельности.
2. Метод измерений и экспериментальная установка
При конструировании электронных ламп, конденсаторов, электронных линз и других приборов часто требуется знать распределение электрического поля в пространстве между электродами сложной формы. Аналитический расчет поля удается только при самых простых конфигурациях электродов и в общем случае невыполним.
Для исследования сложных электростатических полей используется метод электролитической ванны (метод зондов), в котором экспериментально определяется положение линий равного потенциала, что позволяет построить силовые линии поля и найти напряженность в различных его точках. В этом случае прямое изучение электростатического поля в вакууме заменяется изучением его точной, но более удобной моделью. Оказывается, что при некоторых условиях распределение потенциалов в среде, по которой течет ток между установленными в ней электродами, может быть сделано тождественным с распределением потенциалов между теми же электродами, когда между ними имеется электростатическое поле в вакууме или в однородном диэлектрике.
Это связано с тем, что в однородном проводнике при прохождении по нему постоянного тока нет объемных зарядов.
Установка состоит из плексигласовой ванны (рис.6) с горизонтальным плоским дном и двумя металлическими электродами и , между которыми исследуется поле.
На электроды подается постоянный ток. Ванна заполняется водопроводной водой.
Для изучения распределения потенциалов используется зонд . Он изготовлен в виде металлического щупа с острием и соединен через вертикальные пластины осциллографа с движком потенциометра . Если зонд установить в некоторую точку в ванне, чтобы разность потенциалов между электродом и этой точкой была такой же, как и между точками и , то напряжение на вертикальных пластинах развертки осциллографа будет равно нулю. При этом на экране осциллографа будет видна тонкая горизонтальная линия.
Для нахождения эквипотенциальной поверхности надо отметить ряд положений зонда, соответствующих одному и тому же показанию вольтметра и нулевому напряжению на вертикальных пластинах осциллографа (тонкой горизонтальной линии на экране).
3. Порядок выполнения работы
Задание 1. Изучение однородного электростатического поля.
где разность потенциалов между выбранными эквипотенциальными поверхностями; - расстояние между ними.
Задание 2. Изучение неоднородного электростатического поля.
Таблица
№ п/п |
··· |
|||||||
1 |
||||||||
2 |
||||||||
3 |
||||||||
· · · |
||||||||
8 |
Контрольные вопросы
Техника безопасности
Рекомендуемая литература
Составители: Ковалёва В.С., Литвищенко В.Л., Попова И.Г., Фролова Н.Н.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Методические указания к лабораторной работе №1 по физике
(Раздел «Электричество и магнетизм»)
Редактор Т.В. Колесникова
________________________________________________________
В печать 15.03.2012.
Объем 0,68 усл.п.л. Офсет. Формат 60x84/16.
Бумага тип №3. Заказ № Тираж экз. Цена свободная
________________________________________________________
Издательский центр ДГТУ
Адрес университета и полиграфического предприятия:
344000, г. Ростов-на-Дону, пл. гагарина, 1.
Рис. 3. Силовые линии полей, создаваемых различной комбинацией точечных зарядов
+
Рис. 5. Силовые линии неоднородного электростатического поля
Рис. 4. Силовые линии однородного электростатического поля
Рис. 6
А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать | |||
83840. | Хирургическая анатомия свода и основания черепа. Виллизиев круг, синусы твёрдой мозговой оболочки, черепные нервы, оболочки головного мозга | 985.14 KB | |
Виллизиев круг синусы твёрдой мозговой оболочки черепные нервы оболочки головного мозга. Принято выделять три черепные ямки: переднюю от внутренней поверхности чешуи лобной кости до крыльев и площадки основной кости среднюю область пирамид височных костей заднюю от спинки турецкого седла до задних граней пирамид височных костей и борозды поперечного синуса. Оболочки головного мозга Головной мозг окружен тремя оболочками: 1 мягкой непосредственно прилежащей к его поверхности; 2 паутинной образующей узкое пространство над... | |||
83841. | Трепанация черепа. Показания, техника выполнения, осложнения. Схема кранио-церебральной топографии Кренлейна | 93.22 KB | |
Локализация разрезов и костного дефекта определяется локализацией патологического процесса Показания: оперативный доступ при вмешательствах по поводу операбельных опухолей головного мозга мозговых грыж водянки мозга кисты мозга и пр Техника выполнения: 1. Осложнения: Кровотечение; Инфекция; Отек головного мозга; Повреждение мозга после чего может возникнуть: Изменения в памяти поведении мышлении речи; Проблемы со зрением; Проблемы с балансом; Проблемы кишечника и мочевого пузыря; Судороги; Паралич или слабость; Реакция... | |||
83842. | Первичная хирургическая обработка ран головы | 48.42 KB | |
При осмотре пациента с раной головы необходимо определить: 1 ее глубину 2 наличие в ране поврежденных артериальных сосудов 3 наличие или отсутствие повреждения костей свода черепа. Наличие или отсутствие костных повреждений необходимо уточнять не только при осмотре раны но и с использованием рентгенографии черепа и компьютерной томографии головы. | |||
83843. | Хирургическая анатомия лицевого и тройничного нерва. Разрез при гнойном паротите | 50.26 KB | |
Хирургическая анатомия лицевого нерва Лицевой нерв смешанный. Двигательная часть начинается от ядра лицевого нерва в Варолиевом мосту. У клеток двигательного ядра имеются многочисленные чувствительные коллатерали идущие из чувствительных ядер тройничного нерва. | |||
83844. | Кровеносные сосуды лица | 50.02 KB | |
Артерии Верхнечелюстная артерия является одной из двухконечных ветвей наружной сонной артерии. В первом отделе следующие ветви: 1 глубокая ушная артерия разветвляется в коже наружного слухового прохода в барабанной перепонке и в капсуле височно нижнечелюстного сустава; 2 передняя барабанная артерия проникает через каменисто барабанную щель к слизистой оболочке барабанной полости; 3 нижняя альвеолярная артерия вхожи в канал нижней челюсти и отдаёт ветви к зубам и десне нижней челюсти; её конечная ветвь подбородочная артерия... | |||
83845. | Клетчаточные пространства лица. Хирургическая тактика при флегмонах лица | 52.56 KB | |
выше линии соединяющей углы рта. VI Клетчаточные пространства под слизистой оболочкой мышцами и органами дна полости рта: Боковые клетчаточные пространства между языком и нижней челюстью В них окруженные клетчаткой располагаются подъязычные слюнные железы с большими выводными протоками. Гнойные процессы возникающие в межмышечных клетчаточных пространствах дна полости рта могут распространятся в пределах дна полости рта. Височноязычный промежуток сообщается с жировым телом щеки крылонебной ямкой а через круглое отверстие с полостью... | |||
83846. | Хирургическая тактика при флегмонах лица | 54.42 KB | |
Раскрытие и дренирование флегмон скуловой области. Раскрытие и дренирование флегмон височной области. В указанной области возможно возникновение поверхностной межапоневротической подапоневротической глубокой и разлитой флегмон. Поверхностная флегмона височной области образуется между кожей и собственной височной фасцией. | |||
83847. | Подчелюстная область, треугольник Пирогова. Перевязка язычной артерии, показания, техника выполнения | 48.93 KB | |
В пределах подчелюстной области залегают: подчелюстная слюнная железа лицевые артерия и вена подподбородочные артерия и вена подъязычный и челюстноподъязычный нервы лимфатические узлы и клетчатка окружающая эти образования. Последняя сообщается с клетчаткой подъязычной области крыловидночелюстного окологлоточного пространств боковой области лица и шеи. Подчелюстные лимфатические узлы являются регионарными узлами челюстнолицевой области полости рта. Треугольник Пирогова Треугольное пространство в боковой части надподъязычной... | |||
83848. | Коникотомия. Показания, техника выполнения, осложнения, их профилактика | 116.46 KB | |
Врач встав справа от больного указательным пальцем левой руки нащупывает бугорок перстневидного хряща и углубление между ним и нижним краем щитовидного хряща соответствующее расположению конической связки. Большим и средним пальцами левой руки фиксируют щитовидный хрящ натягивая кожу над хрящами гортани и смещая кзади грудиноключичнососцевидные мышцы с расположенными под ними шейными сосудистыми пучками второй палец находится между дугой перстневидного и нижним краем щитовидного хряща. Скальпелем проводят горизонтальный поперечный разрез... | |||