Лабораторная работа № 2 Теорема Гаусса для расчета электрического поля в вакууме.

Цель работы:

• Знакомство с графическим моделированием электростатических полей

• Экспериментальная проверка теоремы Гаусса

• Экспериментальное определение величины электрической постоянной

Краткая теория:

Поверхностная плотность заряда- это средний заряд, приходящийся на единицу площади поверхности:

Объемная плотность заряда – это средний заряд, приходящийся на единицу объема тела:

Линейная плотность заряда- это средний заряд, приходящийся на единицу длины тела:

Теорема Гаусса является следствием закона Кулона и принципа суперпозиции.

Линии напряженности уединенного точечного заряда представляют собой радиально расположенные симметричные прямые. Можно провести любое число N таких линий. Тогда густота линий на расстоянии r от заряда, т.е. число линий, пересекающих единицу поверхности сферы радиуса r, равна .Сравнивая с выражением для напряженности поля точечного заряда , видим, что густота линий и напряженность пропорциональны. Мы можем сделать их численно равными, надлежащим образом выбрав полное число силовых линий N. = Таким образом, поверхность сферы любого радиуса, охватывающего заряд, пересекают линий напряженности. Так как линии непрерывны, то столько же линий выходит наружу из любой замкнутой поверхности, охватывающей заряд.

В данной работе предполагается что на каждую силовую линию приходится 1.88 потока ЭП.

Напряженность ЭП, созданного зарядами, равномерно распределенными по симметричным телам (плоскость, шар, сфера и пр.), удобно вычислять, используя теорему Гаусса: поток вектора напряженности электрического поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен отношению алгебраической суммы зарядов, находящихся внутри этой поверхности, к электрической постоянной.

Порядок выполнения работы:

Эксперимент1. Исследовать пространственное распределение переменного заряда внутри замкнутой поверхности.

1. Откройте в разделе «Электричество и магнетизм» программу « Электрическое поле точечных зарядов».

2. Установите значение заряда =____________мкКл и расстояние между зарядами м для вашей бригады.

3. Установите значение заряда Кл и подсчитайте число силовых линий Ф, пересекающих границы замкнутого контура, которым является рамка окна опыта. Занесите данные в таблицу.

4. Последовательно меняя значения заряда согласно данным таблицы, заполните таблицу. Внесите в таблицу значения разности между потоками и .

мкКл

мкКл

2 мкКл

3 мкКл

4 мкКл

5 мкКл