Изучение характеристик электростатического поля 2

Рецензия
на лабораторную работу № 1
студента

В лабораторную работу необходимо внести исправления. Замечания в тексте работы.

Так выделяются несущественные замечания и подсказки.

Так выделяются сообщения об ошибках.

Работа не зачтена .

Прошу текст лабораторной работы не изменять. Работу над ошибками выполнить в конце файла.

Работу проверил А. И. Стрельцов

Повторная рецензия
на лабораторную работу № 1
студента

Лабораторная работа выполнена правильно. Замечаний нет.

Работа зачтена .

Работу проверил А. И. Стрельцов

Федеральное агентство связи

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Межрегиональный центр переподготовки специалистов

Лабораторная работа по физике

Изучение характеристик электростатического поля

Выполнил :

Группа :

Проверил : А. И. Стрельцов

Новосибирск, 2010

1. Цель работы

Исследовать электростатическое поле, графически изобразить сечение эквипотенциальных поверхностей и силовые линии для некоторых конфигураций поля.

2. Основные теоретические сведения

Любое заряженное тело создает в пространстве вокруг себя электромагнитное поле и взаимодействует с внешним электромагнитным полем. Поле, создаваемое неподвижными зарядами, называется электростатическим. Знание характеристик электрического поля требуется при работе с линиями связи, антеннами, резонаторами, полупроводниковыми приборами и другими устройствами.

Электростатическое поле в каждой точке пространства характеризуется двумя величинами: напряженностью и потенциалом. Силовая характеристика поля- напряженность- векторная величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный точечный заряд, помещенный в данную точку поля:

(1)

Из определения следует, что сила, действующая со стороны электрического поля на точечный заряд, равна:

(2)

Единица измерения напряженности электрического поля [Вм].

Энергетическая характеристика электрического поля- потенциал - скалярная величина, численно равная потенциальной энергии единичного точечного положительного заряда, помещенного в данную точку поля:

(3)

Потенциал измеряется в вольтах: [1В= 1Дж1Кл]. Потенциал определяется с точностью до произвольной постоянной ( как и потенциальная энергия) и может принимать положительные и отрицательные значения. Физический же смысл имеет величина- разность потенциалов. Разность потенциалов связана с работой сил электрического поля по перемещению точечного заряда следующим образом:

(4)

где j₁ и j₂ - потенциалы начальной и конечной точек положения заряда q. Напомним, что введение понятий потенциала и потенциальной энергии заряда в электрическом поле связано с тем, что работа по перемещению заряда в электрическом поле не зависит от траектории перемещения, а определяется лишь начальным и конечным положением заряда. В соответствии с (4) эта работа определяется разностью потенциалов начальной и конечной точек.

Найдем взаимосвязь между характеристиками электростатического поля- напряженностью и потенциалом. Для этого рассчитаем работу при малом перемещении точечного заряда q в электрическом поле. По определению, элементарная механическая работа

(5)

В соответствии с (4) эта же работа равна

(6)

Сопоставляя формулы (5) и (6) и учитывая формулу для силы (2) получим

(7)

Спроецировав выражение (7) на оси координат, получим:

, , (8)

Из формул (8) легко “сконструировать” вектор напряженности электрического поля:

(9)

Выражение в скобках называется градиентом потенциала и сокращенно записывается так:

или (10)

Градиент функции- это вектор, характеризующий скорость пространственного изменения функции и направленный в сторону максимального возрастания этой функции. Как видно из формулы (10), вектор напряженности электрического поля направлен в сторону, противоположную максимальному возрастанию потенциала.

Отметим, что во многих практических задачах требуется знание напряженности электрического поля. Однако, легче рассчитать скалярную величину- потенциал, а затем по формуле (10) вычислить вектор напряженности электрического поля. Формула (10) упрощается, если электрическое поле однородно, обладает аксиальной или центральной симметрией:

(11)

где r- направление изменения электрического поля.

Электростатическое поле удобно изображать графически в виде силовых линий и эквипотенциальных поверхностей. Условились силовые линии электрического поля проводить таким образом, чтобы касательная к силовой линии в данной точке совпадала с направлением вектора напряженности электрического поля в данной точке, а число силовых линий, приходящихся на единичную перпендикулярную к ним площадку, равнялось модулю вектора E .

Эквипотенциальные поверхности- поверхности, во всех точках которых потенциал имеет одинаковое значение. Эквипотенциальные поверхности целесообразно проводить так, чтобы разность потенциалов между соседними поверхностя

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать