Лабораторная работа № 2.1
Исследование электрического поля и его влияние на проводник
Цель работы: Построение эквипотенциальных поверхностей, создаваемых электродами различной формы и определение зависимости напряженности электрического поля от расстояния до его источника.
Задание к работе:
К работе допущен:
Работу выполнил:
Работу защитил:
Введение
Вокруг заряда или заряженного тела
возникает электрическое поле, которое
характеризуется напряженностью
и потенциалом φ .
Напряженностью электрического поля в данной точке называется векторная величина, равная силе, с которой электрическое поле действует на единичный положительный заряд, помещённый в данную точку поля
(1)
Графически электрические поля изображаются силовыми линиями, которые начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных зарядах. Силовыми линиями называются кривые, касательные к которым совпадают с направлением вектора . Густота силовых линий характеризует численное значение вектора .
Наряду с силовой характеристикой вводится энергетическая характеристика электрического поля, называемая потенциалом. Потенциал в данной точке электрического поля измеряется отношением потенциальной энергии Wn заряда q , помещенного в данную точку поля, к величине этого заряда
(2)
За единицу потенциала в системе СИ принимается 1В ( вольт) . Один вольт-потенциал в такой точке поля, в которой электрический заряд в I кулон обладает потенциальной энергией в I джоуль: 1В=1Дж/1Кл.
Разностью потенциалов двух, точек электрического поля называется величина, численно равная работе, которую надо совершить, чтобы переместить единичный положительный заряд из одной точки поля в другую.
Если заряд q0 переместится перпендикулярно силовым линиям, то работа при этом не совершается, и рассматриваемые точки имеют равней потенциал.
Геометрическое место точек с одинаковым потенциалом называется эквипотенциальной поверхностью. На рисунке 1 дано графическое изображение электрического поля, создаваемого разноименными точечными зарядами.
Рисунок 1
Между силовой и энергетической характеристиками электрического поля существует связь
(3)
Согласно (3) значение вектора напряженности электрического поля вдоль силовой линии численно равно уменьшению потенциала (напряжению) вдоль силовой линии. Эта величина называется градиентом потенциала, тогда
.
Формула (3) устанавливает единицу измерения напряженности электрического поля. За единицу напряженности электрического поля в сиcтеме СИ принимается I В/м, т.е. напряженность такого поля в котором напряжение на I м длины силовой линии равно I В,
Если во внешнее электрическое поле поместить проводник, то свободные электроны в проводнике под действием силы F=eE придут в движение в сторону, обратную направлению поля, В результате у концов проводника возникают заряды противоположного знака. называемые индуцированными или индукционными, зарядами. Поле этих зарядов направлено противоположно внешнему и, следовательно, накапливание зарядов у концов проводника приводит к ослаблению в нем поля. Движение электронов в проводнике происходит до тех пор, пока напряженность поля внутри проводника не станет равной нулю, а линии напряженности вне проводника перпендикулярными к его поверхности. Это справедливо и для полого проводника, который можно использовать в качестве экрана для электростатической защиты измерительных приборов от внешних полей. Здесь индуцированные заряды тоже распределяются по внешней поверхности проводника, следовательно, поле внутри полости отсутствует.
Таким образом, проводник, внесенный в электрическое поле, разрывает часть линий напряженности - они заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах и вновь начинаются на положительных. На рисyнке 2 пунктирными линиями показаны линии напряженности внешнего поля.
Рисунок 2
Явление возникновения на поверхности проводника индуцированных зарядов называется явлением электростатической индукции.