Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Характеристики электростатического поляСтр 1 из 23Следующая ⇒
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Методические указания к лабораторным работам по физике № 10, 12, 13, 15, 16, 19 для студентов I и II курсов всех факультетов
Новосибирск УДК 537.8 (076.5) Э 454
Составители: П.А. Крапивко (приложение), А.В. Морозов (лаб. работы № 12, 13, 15, приложение), Б.Л. Паклин (лаб. работа № 10), А.М. Погорельский (лаб. работы № 15, 16), Н.П. Потапов (лаб. работа № 19), О.Ю. Рубцова (лаб. работа № 12), Н.Я. Усольцева (лаб. работа № 13), В.В. Христофоров (лаб. работы № 13, 15, 16), А.А. Шевченко (лаб. работы №12, 13, 15, приложение).
Разработка и изготовление лабораторных установок: А.М. Погорельский, А.В. Морозов, А.А. Шевченко, П.А. Крапивко
Подготовка к изданию: В .В. Христофоров
Рецензент: А.В. Баранов
Работа подготовлена на кафедре общей физики
Ó Новосибирский государственный
ОГЛАВЛЕНИЕ
Лабораторная работа № 10. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИ- ЧЕСКОГО ПОЛЯ............................................................................................. 4
Лабораторная работа № 12. МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ.................................................................................................. 12
Лабораторная работа № 13. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ИСТОЧНИКА ЭДС......... 18
Лабораторная работа № 15. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ СОЛЕНОИДА................................................................................................ 25
Лабораторная работа № 16. ВЗАИМНАЯ ИНДУКЦИЯ, ТРАНСФОРМАТОР...................................................................................... 37
Лабораторная работа № 19. ИЗУЧЕНИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА И ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФЕРРОМАГНЕТИКОВ................... 46
Лабораторная работа № 10
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Цель работы – построение эквипотенциальных линий электростатического поля с помощью экспериментального моделирования в проводящей среде, в которой протекает переменный ток.
Характеристики электростатического поля Если в пространстве имеется система заряженных тел, то в каждой точке этого пространства существует силовое электростатическое поле, которое определяется через силу, действующую на «пробный» заряд в данной точке пространства. «Пробный» заряд q 0 должен быть точечным и достаточно малым по величине, чтобы не вносить существенных искажений в силовое поле, созданное системой зарядов. Чтобы напряженность электростатического поля не зависела от величины «пробного» заряда, её определяют как отношение силы, действующей на «пробный» заряд, к величине этого заряда:
. (10.1)
Напряженность – силовая характеристика электрического поля. Электростатическое поле можно представить графически в виде силовых линий, называемых линиями напряженности. Вектор напряженности в каждой точке такой линии, направлен по касательной к ней и совпадает с ней по направлению. Густота линий характеризует величину напряженности электростатического поля. Вблизи точечных зарядов эти линии сгущаются и напряженность возрастает. Направление электростатического поля, как видно из (10.1), совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд в данной точке пространства. Силовые линии начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах или уходят на бесконечность. Силовые линии электростатического поля незамкнуты. Сила, действующая на точечный заряд величиной q, полностью определяется величиной самого заряда и напряженностью электростатического поля в данной точке пространства
.
Для вектора выполняется принцип суперпозиции: напряженность поля, созданного несколькими зарядами, равна векторной сумме напряженностей, создаваемых каждым из зарядов в отдельности
(10.2)
Так как силы взаимодействия двух точечных зарядов направлены вдоль линии их соединяющей и зависят лишь от расстояния между ними, то сила, действующая на заряд, помещенный в электростатическое поле, является центральной и, следовательно, консервативной. Вследствие этого работа по перемещению заряда в электростатическом поле не зависит от траектории движения, а определяется лишь начальным и конечным положениями заряда на этой траектории. Поэтому стационарное электростатическое поле является потенциальным. В каждой точке такого поля можно, кроме силовой характеристики, ввести энергетическую характеристику – потенциал j. При перемещении «пробного» заряда q 0 из точки 1 с потенциалом j1 в точку 2
. (10.3)
Следовательно, разность потенциалов между точками 1 и 2 .
При бесконечно малом перемещении заряда в произвольном направлении силой поля совершается элементарная работа , где . С другой стороны, эту работу можно выразить через приращение потенциала: . Тогда, сокращая на q 0 и приравнивая работы, получаем
.
Таким образом, установлена связь между проекцией вектора на направление перемещения и потенциалом j электрического поля
. (10.4)
С помощью последнего выражения выразим вектор через потенциал. При этом учтем, что
,
где – орты осей соответственно. Согласно (10.4)
.
Следовательно, для вектора можно записать
, (10.5)
т. е. вектор напряженности электростатического поля равен градиенту его потенциала со знаком «минус». Вводя оператор набла
, эту же связь можно представить в виде
.
Итак, силовая и энергетическая j характеристики электростатического поля связаны друг с другом. Поверхности равного потенциала j = const называются эквипотенциальными. Из соотношения следует, что при перемещении заряда вдоль эквипотенциальной поверхности работа электростатического поля равна нулю, что возможно только тогда, когда вектор напряженности перпендикулярен к этой поверхности. Поскольку вектор направлен вдоль касательной к силовой линии, это означает, что силовые линии пересекают эквипотенциальные поверхности под прямым углом.
|