Лабораторная работа № 2. Исследование электрического поля Земли Литература: § 77-79, 84

Всякое заряженное тело создает вокруг себя электрическое поле, которое характеризуется напряженностью и потенциалом. Напряженность электрического поля на расстоянии D от центра тела создающего поле равна силе, с которой поле действует на заряд 1 Кл в этой точке:

, (1)

где k = 910⁹ Нм²/Кл - электрическая постоянная; Q - заряд тела, создающего поле; D - расстояние от центра тела, создающего поле до точки, в которой рассчитывается напряженность. Следовательно, сила с которой поле действует на заряд q в этой точке поля равна:

(2)

Потенциал электрического поля на расстоянии D от центра тела создающего поле равен потенциальной энергии зарядf 1 Кл в этой точке поля:

. (3)

Потенциальная энергия заряда q в этой точке поля равна:

. (4)

Порядок выполнения работы

В этой лабораторной работе вам предлагается исследовать характеристики электрического поля Земли:

1. напряженность (Е) и потенциал (f)) вблизи поверхности земного шара и на высотах в диапазоне 0 - 16000 м через 400 м;

2. электрические силы и энергии взаимодействия электрического поля Земли вблизи ее поверхности (h=0) с зарядами от элементарного е=1,610^-19Кл до 100е=16010^-19Кл.

1. Заполните таблицу констант (таблица 1):

k	Q	е	R
9Е+10	0,57Е+6	1,6Е-19	6371032

2. Составьте расчетную таблицу 2:

h	E	f
0
400
16000

• при заполнении столбца "h" используйте быстрое заполнение с использованием арифметической прогрессии с шагом 400 м;

• введите в ячейки формулы для расчета напряженности (1) и потенциала (3) электрического поля Земли, при этом расстояние от центра планеты до точки, в которой происходит расчет равно сумме радиуса планеты и высоты точки над поверхностью планеты: D=R+h. Скопируйте формулы на весь столбец. Постройте графики зависимости напряженности и потенциала от высоты.

3. Составьте расчетную таблицу 3:

q	F	U
1,6Е-19
16Е-19
32Е-19
160E-19

• при заполнении столбца "Q" используйте быстрое заполнение с использованием арифметической прогрессии с шагом 10е = 1610^-19 Кл = 16Е-19;

• введите в ячейки формулы для расчета силы (2), с которой электрическое поле Земли действует на заряд и энергии (4) заряда в электрическом поле Земли, при этом заряд находится на поверхности Земли, т.е. D = R. Скопируйте формулы на весь столбец. Постройте графики зависимости силы и энергии от величины заряда.

Контрольные вопросы

1. Запишите, сформулируйте и объясните закон Кулона.

2. Какие поля называются электростатическими?

3. Что такое напряженность электростатического поля? Каково направление вектора напряженности? Единица напряженности в СИ.

4. Как доказать, что электростатическое поле является потенциальным?

5. Дайте определение потенциала данной точки поля и разности потенциалов двух точек поля. Каковы единицы их измерения?

6. Какова связь между напряженностью и потенциалом? Каков физический смысл этих понятий?