МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра физики

Ен.Ф. 03 физика ен.Ф. 03 физика и биофизика лабораторный практикум

Методические рекомендации по выполнению лабораторных работ

по курсу физики с использованием лабораторного комплекса

«Электричество и магнетизм»

Часть 2 Лабораторные работы по разделу «Электрическое поле»

Уфа 2010

УДК 539

ББК 22.38

Л 12

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета электрификации и автоматизации сельского хозяйства (протокол № ____ от «____» ______________2010 г.)

Уральский филиал ФГУП РНПО « Росучприбор»

Ответственный за выпуск: зав. кафедрой физики, доцент Юмагужин Р.Ю.

Методические рекомендации для использования лабораторного комплекса «Электричество и магнетизм» предназначен для студентов обучающихся по инженерным специальностям.

Уфа-2010 г, БашГАУ, кафедра физики.

Оглавление

1	Лабораторная работа № 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ	4
2	Лабораторная работа № 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА	10
3	Лабораторная работа № 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА	16
4	Лабораторная работа № 4 ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА И ПОЛУПРОВОДНИКА	23
5	Лабораторная работа № 5. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНОГО ПЕРЕХОДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ	30
6	Лабораторная работа № 6. ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКА	40

Лабораторная работа № 1 исследование электростатического поля методом моделирования

ЦЕЛЬ: построение картины силовых линий и эквипотенциальных поверхностей исследуемого электростатического поля, определение напряженности исследуемой точки поля.

ОБОРУДОВАНИЕ: генератор постоянных напряжений, слабопроводящая пластина c электродами, зонд, стрелочный вольтметр.

Введение

Электрический заряд создает в окружающем пространстве поле – особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрическими зарядами. Пространство, в котором есть электрическое поле, является областью проявления электрических сил. Электростатическое поле в каждой точке характеризуется значениями напряженности и потенциала , которые являются силовой и энергетической характеристиками поля в данной точке.

Электрическое поле можно изобразить графически с помощью силовых линий. Силовая линия – это линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности электрического поля. Силовые линии не пересекаются, так как напряженность поля в каждой точке имеет одно определенное направление. Для графического изображения поля можно использовать либо силовые линии, либо эквипотенциальные поверхности. Эквипотенциальной поверхностью называют геометрическое место точек одинакового потенциала.

На рисунке 1 показаны силовые (сплошные) и эквипотенциальные (пунктирные) линии электростатического поля, созданного заряженной плоскостью и точечным зарядом.

Эквипотенциальные линии изображены в сечении эквипотенциальных поверхностей плоскостью чертежа. Эквипотенциальные поверхности проводят с одинаковым шагом . Как и силовые линии, они не пересекаются, так как каждой точке поля соответствует только одно значение .

Перемещение заряда вдоль эквипотенциальной поверхности не требует совершения работы: A = Q· = 0, так как  = 0. С другой стороны, работа силы F на элементарном перемещении dl

, (1)

откуда следует, что при F  0 и dl  0 величина cos  = 0.

Это означает, что действующая на заряд сила перпендикулярна перемещению вдоль поверхности равного потенциала. Следовательно, силовые линии перпендикулярны любой эквипотенциальной поверхности (рисунок 2).

Рисунок 2

Расположение силовых (сплошная) и

эквипотенциальных (пунктирная) линий

Связь потенциала с напряженностью поля в данной точке выражается соотношением

, (2)

где

. (3)

Градиент функции есть вектор, направленный в сторону максимального возрастания этой функции, модуль которого равен производной функции  по тому же направлению:

, (4)

где n – единичная нормаль к эквипотенциальной поверхности.

Таким образом, из выражений (2) и (4) следует, что вектор напряженности электростатического поля в каждой точке численно равен быстроте изменения потенциала вдоль силовой линии и направлен в сторону убывания потенциала:

. (5)