Визуализация напряженности электрического поля, создаваемого сложными объектами. Метод нормирования эквипотенциальных линий

Токмачева Анастасия Георгиевна

ГБОУ СОШ № 232 Адмиралтейского района Санкт-Петербурга, 10 класс.

Научный руководитель: Аксенов Дмитрий Андреевич

Актуальность: В электростатике с высокой точностью аналитически выведены зависимости для  графических изображений простейших электрических полей. Однако, получение аналитических формул для вычисления напряженности сложных объектов (или групп простых объектов) возможно лишь с применением численных методов. Это приводит к возникновению погрешностей и невозможности вычисления нелинейных и сложных резонансных эффектов. В отличие от теоретических расчетов предложенная методика позволяет непосредственно (или масштабировано) строить силовые линии объектов любой сложности.

Цель работы: Создать установку, позволяющую наглядно изобразить перераспределение электрического поля при внесении в него объекта сложной формы. Описать методику построения силовых линий напряженности, а также, методику и физические аспекты создания программного комплекса для автоматизации построения силовых линий.

Основные методы исследования: сбор, анализ, обобщение и систематизация информации. Постановка и проведение эксперимента.

Выводы:

1. Изготовлен опытный образец установки для получения картин распределения напряженности электрического поля сложных объектов.

2. Построена картина напряженности плоского конденсатора с помещенным в рабочую область проводящим кольцом. Полученная картина хорошо согласуется с известными теоретическими расчетами.

3. Сформулированы основные принципы и выведены теоретические формулы для автоматизации расчета эквипотенциальных поверхностей и силовых линий напряженности электрического поля.

4. В предложенной методике не используются конструкции высшей математики и математической физики, и для её успешного применения, достаточно школьного курса физики. Таким образом, предложенная методика может быть использована как основа для школьной лабораторной работы по физике 10 класса.

5. Используя высокоточные измерительные приборы (такие как вольтметр Keythly с порогом чувствительности 50 нВ) и автоматизировав систему измерений, можно использовать предложенную методику для решения важных научных задач физики. Одной из таких задач является задача определения нелинейности электрического поля в микростриповых детекторах или детектирующих матрицах типа jem.

Секция «БИОЛОГИЯ»

Изучение влияние некоторых природных факторов на произрастание лишайника Hypogymnia physodes (l.) Nyl. На стволах деревьев в смешанном лесу

Вильде Ксения

Школа № 232, 8 класс

Руководитель: Басс Михаил Георгиевич

Научный консультант: Тиходеева Марина Юрьевна

В работе исследовано влияние некоторых природных факторов на произрастание лишайника Hypogymnia physodes (L.) Nyl. на стволах деревьев в хвойно-мелколиственном лесу. Это широко распространённый вид, он произрастает преимущественно на стволах и ветвях хвойных и березы, но растет и на других лиственных породах, и активно используется как биоиндикатор загрязнения воздуха.

Цель исследования: изучить влияние факторов на произрастание лишайника Hypogymnia physodes на стволах деревьев в смешанном лесу. Задачи: изучить влияние породы дерева, величины обхвата ствола, сквозистости древостоя и экспозиции относительно сторон света на проективное покрытие лишайника.

Сбор материала производился с 23 по 26 июня 2013 г. в хвойно-березовом лесу в Бокситогорском районе Ленинградской области. Описание производилось на 50-метровых трансектах, при этом учитывали деревья, в пределах 1 м с обхватом ствола в диаметре от 10 см. Всего было сделано семь трансект. В ходе работы было учтено 429 деревьев.

Проективное покрытие измеряли эластичными палетками размером 10х10 см². Для определения сквозистости использовали цифровой фотоаппарат, съемку проводили с северной и южной стороны ствола на одном уровне с палеткой. Далее фотографии обрабатывались в программе Photoshop CS2. Для выявления зависимости произрастания лишайника от сквозистости и обхвата ствола вычисляли корреляцию по Спирмэну (Хайтов В.М., 2005).

Проективное покрытие лишайника, прежде всего, зависит от обхвата ствола дерева. Она возрастает с увеличением обхвата ствола дерева. Результаты расчета корреляции по Спирмену показывают, что данная зависимость достоверна на уровне значимости (р<0,001). Этот результат логично объяснить тем, что площадь проективного покрытия увеличивается с ростом площади субстрата и возрастом.

Дисперсионный анализ показал, что проективное покрытие так же с высокой достоверностью зависит от вида дерева, на котором произрастает лишайник (F=123,48, p<0,001). На рисунке 1 представлена зависимость проективного покрытия от вида дерева. Hypogymnia physodes селится преимущественно на березе пушистой. Возможно, это происходит из-за того, что кора у взрослой березы более шершавая, меньше растрескивается и лишайнику проще закрепляться на стволе дерева. Напротив, ель европейская оказалась наименее предпочитаемым деревом для произрастания лишайника. Сосна обыкновенная занимает промежуточное положение между елью и березой по степени благоприятствования произрастанию лишайника.

Рисунок 1. Зависимость проективного покрытия Hypogymnia physodes от породы дерева.

Дисперсионный анализ также показал, что проективное покрытие лишайника зависит от стороны ствола (северная или южная), на которой он произрастает, (p=0,015). Однако, эта связь недостаточно сильная (F=5,89). Лишайник предпочтительно селится на северной стороне ствола, однако, исходя из объёма выборки, логично предположить, что связь не может иметь практического применения.

Анализ связи между площадью проективного покрытия лишайника и сквозистостью проводился только для части материала (N=224), что объясняется трудоемкостью количественного измерения сквозистости. Результаты расчета корреляции по Спирмену не показали достоверной зависимости. Отсутствие такой связи требует дальнейшего исследования при увеличение объема выборки и с учетом выявленных в данной работе особенностей произрастания на стволах разных пород и размеров.

Выводы.

1. Развитие лишайника Hypogymnia physodes, зависит от размера ствола дерева, на котором он произрастает.. Чем больше обхват ствола, тем больше площадь проективного покрытия лишайника.

2. Развитие Hypogymnia physodes зависит от породы дерева, предпочитая произрастать на березе пушистой, и избегая ели европейской.

3. Произрастание Hypogymnia physodes зависит от сторон света, лучше развиваясь на северной стороне ствола дерева.

4. Влияние сквозистости на произрастание лишайника Hypogymnia physodes не выявлено.