8 Питання вихідного контролю

8.1 Від чого залежить густота силових і эквипотенциальных ліній?

8.2 У чому полягає фізичний зміст теореми Остроградского-Гаусса?

8.3 Розрахуйте, використовуючи теорему Остроградского-Гаусса:

а) поле рівномірно зарядженої нескінченної площини;

б) поле двох нескінченних паралельних різнойменно заряджених площин;

в) поле рівномірно зарядженої сферичної поверхні;

г) поле об'ємно зарядженої кулі;

д) поле рівномірно зарядженого нескінченного циліндра (нитки);

8.4 Яким чином теорема Остроградского-Гаусса й наслідки з неї можуть бути непрямим підтвердженням справедливості закону Кулона?

9 Перелік посилань

9.1 Лабораторний практикум з фізики. Навч.посібник/за ред. І.Є.Лопатинського, Львів: вид.НУ «Львівська політехніка»2002. ч.1. ст.54-60.

9.2 Загальна фізика: Лабораторний практикум.: Навч.посібник/ В.М.Барановський, П.В.Бережний, І.Т.Горбачук та ін.; За заг.ред. І.Т.Горбачука. – К.: Вища шк.., 1992-509 с.

Лабораторна робота №4 Дослідження магнітного поля прямолінійного провідника зі струмом

1 Мета роботи

Вивчити та комп'ютерно змоделювати магнітне поля прямого провідника зі струмом і підтвердити його закономірності та визначити величини магнітної постійної.

2 Теоретичні відомості

У даній роботі використовується комп'ютерна модель, заснована на тому, що силове магнітне поле зображують за допомогою ліній магнітної індукції — уявних ліній, у будь-якій точці яких вектор магнітної індукції спрямований по дотичній до них.

Силові лінії магнітного поля мають вигляд концентричних окружностей, центром яких є провідник зі струмом (джерело магнітного поля), і по силовим лініям у магнітному полі розташовуються ошурки або осі маленьких магнітних стрілок. Напрямок силових ліній визначається правилом векторного добутку (правилом правого гвинта): якщо поступальний рух гвинта відповідає напрямку струму в провіднику, то напрямок обертання гвинта задає напрямок ліній магнітної індукції (силових ліній магнітного поля).

Величина індукції магнітного поля B , що виникло навколо прямого струму силою I в будь-якій точці на відстані r від провідника, обчислюється по формулі:

(1)

Індукція магнітного поля прямого струму в деякій точці прямо пропорційна силі цього струму й обернено пропорційна відстані від цієї точки до провідника зі струмом.

З формули (1) випливає, що чим ближче до провідника зі струмом, тим більше магнітна індукція й тим густіше розташовуються магнітні лінії.

У формулі (1) (або Гн/м) — магнітна постійна, величина якої залежить тільки від вибору системи одиниць (тут вона дана в СІ), μ - відносна магнітна проникність середовища, у якій розташовується провідник з струмом (для вакууму або повітря μ=1).

Переписавши формулу (1) μ = 1 у вигляді

(2)

можна зробити висновок, що для постійного значення сили струму (I=const ) величина магнітної індукції магнітного поля прямого струму І лінійно залежить від величини зворотної відстані від осі прямого струму , що дозволяє експериментально визначити величину магнітної постійної , скориставшись формулою

, (3)

де - це приріст функції при відповідному збільшенні аргументу .

Відкрийте комп'ютерну модель «Магнітне поле прямого струму». Уважно розглянете модель, знайдіть всі регулятори й інші основні елементи. Установите будь-яке значення величини сили струму I (величину сили струму I можна міняти від 0 до 20А) і подивіться зображення магнітного поля при прапорцях «Силові лінії» і «Ошурки». Замалюйте поле експерименту в звіт. Не змінюючи величину струму, поміняйте напрямок струму (наприклад, значення величини струму I = 5А зміните на I = -5А) і подивіться зображення магнітного поля при прапорцях «Силові лінії» і «Ошурки». Зробіть висновок (що змінилося в полі комп'ютерної моделі і чому?).

Рис. 1. Вікно комп'ютерної моделі «Магнітне поле прямого струму».

Точка поля для дослідження магнітного поля вибирається установкою миші в поле експерименту, при цьому на екрані з'являється зображенні руки, яку потрібно переміщати в заданому напрямку на необхідну відстань, а в правому нижньому куті екрана моделі вказується чисельне значення відстані й величини індукції магнітного поля. Наприклад, для I = 20А на відстані r = 5.2 см величина індукції магнітного поля В = 77мкТл.