Физика ч.1 Лабораторная работа №1. вар.№5

ИЗУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Цель работы:
1) Исследовать электростатическое поле;
2) Графически изобразить сечение эквипотенциальных поверхностей и силовые линии для двух конфигураций поля;
3) Оценить величину напряженности электрического поля в трех точках;
4) Определить направление силовых линий.


1. Основные теоретические сведения

Любое заряженное тело создает в пространстве вокруг себя электрическое поле и может взаимодействовать с внешним электромагнитным полем. Основное свойство электрического поля, отличающее его от других полей: оно действует на помещенные в него электрические заряды с силой, пропорциональной величине заряда и не зависящей от скорости движения заряда. Поле, создаваемое неподвижными зарядами, называется электростатическим. Знание характеристик электрического поля требуется при работе с линиями связи, антеннами, резонаторами, полупроводниковыми приборами и другими устройствами.
Величину взаимодействия между зарядами определяет Закон Кулона, являющийся основополагающим для всей науки об электричестве, который был установлен еще в 1780 г.:
(1)
Здесь q1 и q2 – абсолютные значения величин взаимодействующих зарядов, r – расстояние между ними, ɛ – диэлектрическая проницаемость, характеризующая среду между зарядами, ɛ0= 8,85 ×10-12 , электрическая постоянная.
Электростатическое поле в каждой точке пространства характеризуется двумя величинами: напряженностью и потенциалом. Силовая характеристика поля – напряженность – векторная величина, численно равна и совпадает с силой, действующей на единичный точечный положительный заряд, помещенный в данную точку поля:
(2)
Из определения напряженности следует, что сила, действующая со стороны электрического поля на точечный заряд, равна:
(3)
и сонаправлена с вектором напряженности в случае положительного заряда, и противоположно направлена с вектором напряженности в случае отрицательного заряда. Единица измерения напряженности электрического поля:
Исходя из закона Кулона и определения (1), легко рассчитать величину напряженности электрического поля точечного заряда:
(4)
Электрическое поле характеризуется также потенциалом – энергетической величиной, численно равной работе электростатического поля по переносу единичного, положительного, точечного заряда q из данной точки поля в бесконечность:
(5)
Потенциал измеряется в вольтах: 1 В = 1 Дж/Кл. Потенциал точечного заряда в вакууме равен:
(6)
Отметим, что потенциал – скалярная величина, которая может принимать и отрицательные значения. Физический смысл имеет величина, называемая разностью потенциалов. Разность потенциалов связана с работой сил электрического поля по перемещению точечного заряда из точки с потенциалом 1 в точку с потенциалом 2 следующим образом:
(7)
где – приращение потенциала.
Введение понятий потенциала и разности потенциалов электрического поля связано с тем, что работа по перемещению заряда в электростатическом поле не зависит от траектории перемещения, а определяется лишь начальным и конечным положением заряда.
Напряженность и потенциал – две характеристики электростатического поля. Для нахождения связи между ними рассчитаем работу при малом перемещении точечного заряда q в электрическом поле из точки О в точку А (см. рисунок 1).

Рисунок 1 – К нахождению связи между напряженностью и потенциалом

год 2020, оценка зачет