- •Исследование электростатического поля
- •Электростатическое поле
- •Метод измерений
- •Измерительная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Методы электрических измерений
- •Измерение сопротивления с помощью вольтметра и амперметра
- •Измерение неизвестного сопротивления при помощи моста постоянного тока
- •Измерение параметров сигнала с помощью осциллографа
- •Задание к работе
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Изучение работы батареи элементов
- •Описание метода и установки
- •Задание к работе
- •Вопросы к защите
- •Список литературы
- •Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
- •Обоснование метода измерения
- •Описание установки и порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Цель работы
- •Краткое теоретическое введение
- •2. Закон изменения тока в цепи при подключении и отключении источника, его применение для определения индуктивности.
- •Схемы измерений
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Взаимная индукция, трансформатор
- •Краткое теоретическое введение
- •1.Магнитосвязанные соленоиды.
- •2. Взаимная индукция. Трансформатор
- •Схемы измерений
- •Задание к работе
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Изучение петли гистерезиса и измерение параметров ферромагнетиков
- •Структура ферромагнетиков и природа ферромагнетизма
- •Кривая начального намагничивания ферромагнетика
- •Исследование свойств ферромагнетика с помощью петли гистерезиса на лабораторной установке
- •Задание к работе
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Электронный осциллограф
- •Электронно-лучевая трубка
- •Генератор развертки
- •Описание органов управления осциллографа с1–83
- •1. Органы управления тракта вертикального отклонения:
- •Органы управления синхронизации:
- •Органы управления разверткой :
- •Инструкция по эксплуатации осциллографа
- •Список литературы
Министерство образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ
Методические указания к лабораторным работам
№10, 12, 13, 14, 15, 16, 19 для студентов 1 и 2 курсов
(всех специальностей) всех форм обучения
Новосибирск
2002
Составили: П.А.Крапивко (приложение),
А.В.Морозов (лабораторная работа №12, приложение),
Б.Л.Паклин (лабораторная работа №10),
А.М.Погорельский (лабораторные работы №15, 16),
Н.П.Потапов (лабораторная работа №19),
О.Ю.Рубцова (лабораторная работа №12),
Н.Я.Усольцева (лабораторная работа №13),
В.Б.Уткин (лабораторная работа №14),
В.В.Христофоров (лабораторные работы №15, 16),
А.А.Шевченко (лабораторная работа №12, приложение).
Разработка, изготовление и наладка лабораторных установок:
А.М.Погорельский, А.В.Морозов, А.А.Шевченко, П.А.Крапивко.
Подготовка к изданию: В.В.Христофоров.
Рецензент: А.В.Баранов
Работа подготовлена на кафедре общей физики
Новосибирский государственный
технический университет
Лабораторная работа № 10
Исследование электростатического поля
Цель работы. Построение эквипотенциальных линий электростатического поля с помощью экспериментального моделирования в проводящей среде, в которой протекает переменный ток.
Электростатическое поле
Если в пространстве имеется система заряженных тел, то в каждой точке этого пространства существует силовое электростатическое поле, которое определяется силой, действующей на «пробный» заряд в данной точке пространства. «Пробный» заряд qо должен быть точечным и достаточно малым, чтобы не вносить существенных искажений в силовое поле, созданное системой зарядов. Чтобы силовая характеристика электростатического поля не зависела от величины «пробного» заряда, силу, действующую на «пробный» заряд, относят к величине этого заряда:
.
Силовое электростатическое поле можно представить графически в виде силовых линий, называемых линиями напряженности. Вектор напряженности в каждой точке такой линии, направлен по касательной к ней и совпадает с ней по направлению. Густота линий характеризует величину напряженности электростатического поля. Вблизи зарядов эти линии сгущаются, и напряженность возрастает. Направление электростатического поля совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд в данной точке пространства. Силовые линии начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах или уходят на бесконечность. Силовые линии электростатического поля незамкнуты. Сила, действующая на точечный заряд величиной q, полностью определяется величиной самого заряда и напряженностью электростатического поля в данной точке пространства
.
Основное свойство электростатического поля выражается принципом суперпозиции - напряженность поля, созданного несколькими зарядами, равна векторной сумме напряженностей, создаваемых каждым из зарядов в отдельности
.
Так как силы взаимодействия двух точечных зарядов направлены вдоль линии их соединяющих и зависят лишь от расстояния между ними, то сила, действующая на заряд, помещенный в электростатическое поле, является центральной и, следовательно, консервативной. Вследствие этого работа по перемещению заряда в электростатическом поле не зависит от траектории движения, а определяется лишь начальным и конечным положениями заряда. Поэтому электростатическое поле является потенциальным ввиду физической природы сил, действующих между зарядами.
В каждой точке пространства можно ввести энергетическую характеристику электростатического поля - потенциал . При перемещении «пробного» заряда q0 из точки 1 с потенциалом 1 в точку 2 с потенциалом 2 по произвольному пути силами электростатического поля совершается работа
.
Следовательно, разность потенциалов между точками 1 и 2 (1 - 2) можно определить как отношение работы сил поля А12 к величине заряда qo:
.
При бесконечно малом перемещении заряда в произвольном направлении силой поля совершается работа , где , с другой стороны, . Тогда и, таким образом, установлена связь между силовой характеристикой и энергетической характеристикой электрического поля.
Выразим из последнего выражения величину . Для этого запишем векторы и через их проекции на оси декартовой системы координат:
;
,
где - орты осей соответственно.
По правилу скалярного произведения векторов получим
.
Дифференциал функции координат равен
.
Учитывая, что , из двух последних выражений, сравнивая их, получаем
.
Следовательно, для вектора можно записать
,
т.е. вектор напряженности электростатического поля равен градиенту его потенциала со знаком минус. Вводя оператор набла
,
эту же связь можно записать, используя этот оператор, в виде
.
Итак, силовая и энергетическая характеристики электростатического поля связаны друг с другом.
Поверхности равного потенциала = const называются эквипотенциальными. Из соотношения следует, что при перемещении заряда вдоль эквипотенциальной поверхности работа электростатического поля равна нулю, что возможно только в случае, когда вектор напряженности перпендикулярен к этой поверхности. Поскольку вектор направлен вдоль касательной к силовой линии, это означает, что силовые линии пересекают эквипотенциальные поверхности под прямым углом.