ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Разрешено как учебно - методическое пособие для специальностей 1-38 02 01 Информационно-измерительная техника

и 1-38 02 03 Техническое обеспечение безопасности

Минск

БНТУ

УДК

ББК

Составитель:

В.В. Черный.

Рецензенты:

Исследование электростатических полей методом электролитического моделирования /сост. В.В. Черный. ‒ Минск: БНТУ, 2014. с.

Учебно-методическое пособие содержит описание свойств электростатических полей и широко используемого на практике метода электролитического моделирования этих полей. Теоретическая часть дополнена схемой экспериментальной установки для подобного моделирования. На основании экспериментальных данных определяется напряженность электрического поля в различных точках пространства, находящихся между электродами различной формы.

Пособие предназначено для студентов инженерных специальностей, изучающих раздел “ Электричество и магнетизм ” курса общей физики.

УДК

ББК

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Цели работы:

1. Изучить основные характеристики электростатического поля.

2. Изучить метод электролитического моделирования.

Задачи работы

1. Определить форму эквипотенциальных поверхностей и напряженность электрического поля в выбранных точках.

2. Определить в различных точках напряженность электрического поля и поток вектора напряженности.

Электрический заряд. Закон сохранения. Закон Кулона.

Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать электрический заряд. Наличие заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами. Имеется два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными. Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых элементарных частиц.

Заряд большинства элементарных частиц одинаков по абсолютной величине. Его называют элементарным зарядом. Положительный элементарный заряд обозначается е. Значение его составляет 1, 6·10^-19 Кулона. Обычно положительные и отрицательные электрические заряды присутствуют в равных количествах. Такое тело электронейтрально. Если же в теле создать избыток зарядов одного знака, тело окажется заряженным. Поскольку всякий заряд q образуется целым числом элементарных зарядов, он является целым кратным е

, (1)

где N – целое число. Если N > > 1, то дискретностью заряда можно пренебречь.

Система называется электрически изолированной, если через ограничивающую ее поверхность не могут проникать электрические заряды. Суммарный заряд электрически изолированной системы не может измениться. Это утверждение представляет собой закон сохранения электрического заряда.

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями от этого тела до других тел, несущих электрический заряд.

Закон Кулона. Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

, (2)

где k- коэффициент, зависящий от выбора системы единиц, q₁ и q₂--величины зарядов, r- расстояние между зарядами. В системе СИ коэффициент пропорциональности . Он представим в виде:

, (3)

где - электрическая постоянная, имеющая размерность электрической емкости, деленной на длину и равная . В векторной форме закон имеет вид:

, (4)

где - сила, действующая на второй заряд со стороны первого, -радиус-вектор второго заряда относительно первого, - коэффициент пропорциональности. В однородной диэлектрической среде закон Кулона в системе СИ имеет вид:

, (5)

где -относительная диэлектрическая проницаемость среды. Если на данный заряд действует система из N точечных зарядов, то результирующая сила равна

(6)

Как видно, результирующая сила равна векторной сумме сил, действующих на данный заряд со стороны каждого из зарядов системы.

Поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, заключенных внутри этой поверхности, деленной на электрическую постоянную.

(14)

Задание по выполнению приведено в рабочей инструкции к данной лабораторной работе.

Контрольные вопросы

1. Что называется электростатическим полем?

2. Сформулируйте закон Кулона.

3. Что называется напряженностью электрического поля? В каких единицах она измеряется?

4. Что называется потенциалом электрического поля? В каких единицах он измеряется?

5. Сформулируйте принцип суперпозиции для напряженности и потенциала.

6. Что называют силовыми линиями поля?

7. Что такое эквипотенциальные поверхности?

8. Какая связь между потенциалом и напряженностью в данной точке поля?

9. В чем заключается метод электролитического моделирования электростатического поля?

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 2. – М.: Наука, 1987, с. 165 – 180.

2. Савельев И.В. Курс физики, т.2. – М.: Наука, 1989, с. 190 – 196.

3. Савельев И.В. Курс общей физики, т.2. – М.: КНОРУС, 2012, с. 15 – 32, 65 – 68.

4. Наркевич И.И. Физика: Учеб./ И.И. Наркевич, Э.И. Волмянский, С.И. Лобко. – Мн.: Новое знание, 2004, с. 267 – 286.

5. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов./ Т.И. Трофимова. – М.: «Академия», 2007, с. 146– 150/

6..

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

и 1-38 02 03 Техническое обеспечение безопасности

Минск

БНТУ

УДК

ББК

Составитель:

В.В. Черный.

Рецензенты:

УДК

ББК

12 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 542; Нарушение авторского права страницы