71727

Изучение поля электрического диполя

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: исследовать поле модели электрического диполя. Основные понятия теории электрического диполя Электрическим диполем называется система состоящая из двух равных по величине но противоположных по знаку точечных зарядов расположенных на расстоянии друг от друга.

Русский

2014-11-11

887.5 KB

11 чел.

89

III. Физические основы

электротерапии и электродиагностики

Лабораторная работа №9

Изучение поля электрического диполя

Цель работы: исследовать поле модели электрического диполя.

Литература

Ремизов А.Н. Курс физики, электроники и кибернетики для медицинских институтов. М., 1982, гл. 15, § 3, 4.

Ливенцев Н.М. Курс физики. М., 1978, т. I, § 35. т. 2, § 140.

Вопросы входного контроля

  1.  Определение и свойства электрического поля.
  2.  Напряженность и потенциал электростатического поля (определение, единицы измерения).
  3.  Разность потенциалов и ее измерение.
  4.  Что такое линии напряженности и эквипотенциальные поверхности электростатического поля?
  5.  Понятие точечного электрического заряда.
  6.  Электрическое поле точечного заряда (формулы напряженности и потенциала поля).
  7.  Принцип суперпозиции напряженности электрического поля.
  8.  Линии напряженности системы двух равных по модулю разноименных зарядов.

Основные понятия теории электрического диполя

Электрическим диполем называется система, состоящая из двух равных по величине, но противоположных по знаку точечных зарядов, расположенных на расстоянии  друг от друга. Расстояние  должно быть значительно меньше, чем расстояние от диполя до точек наблюдения.

Величина  называется электрическим, или дипольным, моментом. Электрический момент – вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному. Диполь является источником электрического поля.

Рис. 1. Схематическое изображение диполя.

На схемах диполь обычно обозначают точкой, в которой на небольшом расстоянии находятся заряды, и стрелкой, совпадающей по направлению с электрическим моментом диполя (см. точку O на рис. 3).

Электрический диполь, помещенный в проводящую среду, будет разряжаться, вызывая в ней электрический ток. Для поддержания зарядов диполя постоянными необходимо наличие внешнего источника тока. Диполь в таком случае называется токовым.

Свойства и закономерности изменения поля токового и электрического диполя аналогичны.

Потенциал электрического поля диполя

Рассмотрим некоторую точку А, удаленную от зарядов диполя на расстоянии  и  (рис.2).

Предположим, что ,  , тогда ;  ; .

Отсюда получим

Рис. 2. К расчету потенциала точки в поле диполя.

Пусть диполь находится в точке O, расстояние между его зарядами мало по сравнению с OA и OB (рис. 3). Дипольный момент  на рисунке показан стрелкой.

Рис. 3. К расчету разности потенциалов в поле диполя.

Запишем, пользуясь формулой (1), разность потенциалов двух точек: A и B, равностоящих от диполя.

OC||AB;  

отсюда .

Подставляя в формулу (2), имеем:

Из полученного выражения видно, что разность потенциалов двух точек поля диполя (при данном  и ) зависит от синуса половины угла, под которым видны эти точки от диполя, и от проекции электрического момента диполя  на прямую, соединяющую точки.

Диполь в центре равностороннего треугольника

Если диполь находится в центре равностороннего треугольника (рис. 4), то , и соотношения между напряжениями на сторонах этого треугольника могут быть получены как соотношения проекций  на стороны треугольника.

Это положение лежит в основе снятия электрокардиограмм.

Рис. 4. Проекции дипольного момента на стороны треугольника.

Определение направления вектора электрического момента

Получим выражение для определения угла  между направлением вектора электрического момента диполя, помещенного в центре равностороннего треугольника, и прямой MN, параллельной одной из сторон треугольника (например, AB) через проекции вектора момента на стороны треугольника (рис. 4).

Применяя простейшие тригонометрические преобразования, получим:

Найдя отношение этих выражений, получим:

, откуда

 и, наконец,

  1.  

Выведенная формула (5) позволяет определить ориентацию вектора электрического момента диполя по двум его проекциям на стороны правильного треугольника.

Применение теории электрического диполя в медицинских исследованиях

В электрическом отношении сердце представляет собой токовый диполь. В соответствии с теорией Эйнтховена сердце расположено в центре (условно) равностороннего треугольника, вершины которого находятся в правой руке, левой руке и левой ноге. В соответствии с формулой (4), измерение разности потенциалов между вершинами этого треугольника позволяет определить соотношение между проекциями электрического момента сердца на стороны треугольника.

Так как величина и направление электрического момента сердца изменяются со временем, то при снятии электрокардиограммы будут получаться зависимости напряжений между вершинами треугольника Эйнтховена от времени.

Рис. 5. Диполь в ванне с водой (вид сверху).

Практическая часть

Приборы и принадлежности: вольтметр со щупами, модель диполя, ванна с водой, миллиметровая сетка.

  1.  Построение эквипотенциальных линий поля диполя.

1. Расположить диполь в ванне с водой в центре треугольника вдоль прямой BD (рис.5). Расстояние между зарядами взять 4-6 см.

2. Включить выпрямитель в сеть.

3. Соединить (+) вольтметра с положительным зарядом диполя.

4. Поместить второй щуп вольтметра в точку O (центр треугольника) и измерить разность потенциалов. Передвигая щуп, найти точки такого же потенциала и, определив их положение по координатной сетке, нанести эти точки на график. Соединив полученные точки, получить на графике линию равного потенциала (эквипотенциальную линию).

5. Построить еще 4 эквипотенциальные линии других значений потенциалов, по две с каждой стороны от центральной линии.

6. Провести на графике линии напряженности поля диполя от положительного заряда к отрицательному, перпендикулярно к эквипотенциальным линиям.

  1.  Определение разности потенциалов на сторонах равностороннего треугольника.
  2.  Не меняя положения диполя, измерить напряжение на сторонах треугольника АВС:   . Данные занести в таблицу.
  3.  Найти проекции  электрического момента диполя на стороны треугольника АВС, так как величина Р во всех трех проекциях постоянна, то можно записать:

и для определения этого соотношения достаточно найти только косинусы соответствующих углов.

  1.  Проверить соотношение:

  1.  Рассчитать угол между направлением электрического момента диполя и прямой MN (см. выражение (5)).
  2.  Изменить положение диполя, расположив его вдоль прямой MN.
  3.  Повторить измерения пунктов 1-4. Данные всех измерений занести в таблицу.

Результаты измерения разности потенциалов

Стороны

треугольника

I

II

АВ

ВС

АС

Вопросы выходного контроля

  1.  Дайте определение электрического диполя.
  2.  При каких условиях систему двух электрических зарядов можно считать диполем?
  3.  Что такое токовый диполь?
  4.  Дипольный момент (определение, направление, единицы измерения).
  5.  Потенциал поля диполя. В чем его отличие от потенциала поля точечного заряда?
  6.  Разность потенциалов точек, равноотстоящих от диполя.
  7.  Проекции электрического момента диполя, расположенного в центре равностороннего треугольника, на стороны треугольника.
  8.  Как найти направление электрического момента диполя, расположенного в центре равностороннего треугольника, по его проекциям?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38685. ПОЛИТИКА СОВЕТСКОГО ГОСУДАРСТВА В СФЕРЕ РЫБНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XX ВЕКА (НА МАТЕРИАЛАХ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ) 157 KB
  Нижнее Поволжье исторически являлось основным центром по обеспечению рыбной продукцией населения России поэтому исследование проблем связанных с развитием этого центра историей рыбной отрасли не теряет своей актуальности для историков. В ряду исторических сочинений проблема государственной политики в отношении рыбной промышленности занимает одно из приоритетных мест. В советский период был накоплен бесценный опыт реформирования рыбной отрасли который может быть востребован современной практикой решающей во многом сходные задачи...
38686. Антизомби 593 KB
  Только опытный психолог может разобраться в мотивах поведения человека его поступков и устремлений. ценности личной свободы прав человека укоренились в сознании миллионов но существуют еще дикие рабские государства например Северная Корея где полоумный и циничный диктатор зомбирует миллионы с помощью современных средств информации держит их в материальной и духовной нищете и угрожает миру применением современных средств массового уничтожения. Как формируются и от чего зависят политическое мировоззрение человека его взгляды и...
38687. ПРАКТИЧЕСКИЙ КУРС АНГЛИЙСКОГО ЯЗЫКА 5.17 MB
  Образец 1: Techer: How mny books hve you red this yer Student: Mny. White nd hve tlk with Mrs. to hve tlk поговорить; также: to hve smoke покурить: to hve swim поплавать значение однократного действия to be gld радоваться e. djectives which hve two forms of comprison Positive Comprtive Superltive fr old frther более дальний further 1.
38688. МОРФОМЕТРИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ ЖУЖЕЛИЦ (COLEOPTERA, CARABIDAE) В АНТРОПОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ 701.5 KB
  Среди животных быстро и адекватно реагирующих на изменения в окружающей среде особую группу составляют жужелицы Coleopter Crbide. Жужелицы одни из немногих видов почвенных обитателей педобионтов которые встречаются в импактных зонах промышленных источников и могут быть использованы для оценки антропогенных влияний на биоту. С помощью анализа динамики морфометрической структуры популяций жужелиц создается возможность проследить процесс адаптации к меняющимся условиям среды.
38689. ВЛИЯНИЕ КРИМИНАЛИЗАЦИИ ОБЩЕСТВА НА ПРАВОВОЕ СОЗНАНИЕ УЧАЩЕЙСЯ МОЛОДЕЖИ 109 KB
  Современная российская молодежь в полной мере испытывает на себе негативные последствия глубокой социальной трансформации общества которая сопровождается процессом интенсивной криминализации. рост количества преступлений и правонарушений совершенных молодежью говорит о необходимости выработки эффективных мер противодействия негативному влиянию криминального общества на подрастающее поколение в первую очередь на правовое сознание молодежи. Одним из условий успешного решения этой проблемы является научное исследование процесса криминализации...
38690. ОБЩИЙ АЛГОРИТМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И АЛГОРИТМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ МАШИН ДЛЯ АДАПТИВНО-ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ 164.5 KB
  Целью работы является разработка алгоритмов автоматизированного проектирования адаптивноландшафтных систем земледелия АЛСЗ и систем машин для адаптивно ландшафтных систем земледелия СМ АЛСЗ. Основные задачи: Для достижения цели необходимо в ходе выполнения теоретических и экспериментальных исследований решить следующие задачи: Исследовать существующие методы экспертного проектирования АЛСЗ и СМ АЛСЗ. Провести анализ существующих алгоритмов автоматизированного проектирования АЛСЗ и СМ АЛСЗ. Разработать общий алгоритм...
38691. Тактика хирургического лечения повреждений передней крестообразной связки коленного сустава с учетом объективных и субъективных особенностей пациента 105.5 KB
  Как показал анализ отдаленных результатов операций пластики передней крестообразной связки выполненных в различных лечебных учреждениях и различными способами наряду с хорошими результатами и полным восстановлением функции оперированного сустава отмечаются и такие осложнения как ограничение движений в оперированном суставе разрывы растяжение трансплантата со всеми вытекающими последствиями Сименач Б. Большое количество способов восстановления передней крестообразной связки коленного сустава свидетельствует об отсутствии оптимального...
38692. Выбор и установка прицела и точки прицеливания при стрельбе по движущимся целям. Виды движения цели 208 KB
  Для определения упреждения при стрельбе по целям имеющим фланговое движение под прямым углом к направлению стрельбы руководствоваться этой таблицей: Пример: Дальность стрельбы 600 метров скорость цели 3 м сек движение фланговое. Решение: По таблице смотрим на дистанции 600 метров упреждение для скорости передвижения 3 м сек = 300 см.Стрельба из стрелкового оружия по воздушным целям самолетам вертолетам и парашютистам без зенитных прицелов ведется на расстоянии 500 метров не больше с прицелом...