Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО Рыбинская государственная авиационная
технологическая академия им. П. А. Соловьева
Кафедра Общей и технической физики
Лаборатория «Электричество и магнетизм»
УТВЕРЖДЕНО
на заседании методического
семинара кафедры ОиТФ
« » _________ 2008 г.
Зав.каф. Пиралишвили Ш.А.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №ЭМ-1
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Методическое руководство
разработано доц. Суворовой З.В.
Рецензент доц. Шалагина Е.В.
Рыбинск, 2008 г.
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
1. Убедиться в присоединении заземляющего провода к корпусам генератора и осциллографа.
2. Включать установку только с разрешения преподавателя.
3. При обнаружении неисправности установки обесточить ее и немедленно известить преподавателя.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с основами электростатики, исследовать распределения потенциала поля при различных формах электродов, изобразить картину эквипотенциальных поверхностей и силовых линий, вычислить значение напряженности поля в различных точках
ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ: звуковой генератор, электронный осциллограф, проводящая среда (влажный песок), набор электродов, прозрачный экран с сантиметровой сеткой.
1. Теоретические сведения
1.1. Электрическое поле. Напряженность
Пространство, в котором находится электрический заряд, обладает определенными физическими свойствами. На всякий другой заряд, внесенный в это пространство, действуют электростатические силы Кулона. Если в каждой точке пространства действует сила, то говорят, что в этом пространстве существует силовое поле. Поле наряду с веществом является формой материи. Если поле стационарно, то есть не меняется во времени, и создается неподвижными электрическими зарядами, то такое поле называется электростатическим. Электростатика изучает только электростатические поля и взаимодействия неподвижных зарядов.
Для
характеристики электрического поля
вводят понятие напряженности.
Напряженностью в каждой точке
электрического поля называется вектор
,
численно равный отношению силы, с которой
это поле действует на пробный положительный
заряд, помещенный в данную точку, и
величины этого заряда, и направленный
в сторону действия силы.
Пробный
заряд, который вносится в поле,
предполагается точечным . Он не участвует
в создании поля, которое с его помощью
измеряется. Кроме того, предполагается,
что этот заряд не искажает исследуемого
поля, то есть он достаточно мал и не
вызывает перераспределения зарядов,
создающих поле.
Если
на пробный точечный заряд
поле действует силой
,
то напряженность
.
Единицы напряженности в системе СИ Н/Кл=В/м.
Выражение для напряженности поля точечного заряда:
.
В векторной форме:
Здесь
– радиус-вектор, проведенный из зарядаq
, создающего поле, в данную точку.
Таким образом, векторы напряженности электрического поля точечного заряда q во всех точках поля направлены радиально от заряда, если он положительный , и к заряду, если он отрицательный (рис.1).
Для графической интерпретации электрического поля вводят понятие силовой линии или линии напряженности. Это кривая, касательная в каждой точке к которой совпадает с вектором напряженности. Линия напряженности начинается на положительном заряде и заканчивается на отрицательном. Линии напряженности не пересекаются, так как в каждой точке поля вектор напряженности имеет лишь одно направление.