Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра физики и математики филиала УГАТУ в г. Ишимбае

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Лабораторный практикум по дисциплине «Физика»

Уфа 2009

Электричество и магнетизм. Лабораторный практикум по дисциплине «Физика»/ Уфимск. гос. авиац. тех. ун-т; Сост. И.М. Вагапова, С.М. Мухаметшин – Уфа, 2009. – 115 с.

В лабораторный практикум вошли 10 лабораторных работ из раздела «Электричество и магнетизм» по дисциплине «Физика». Каждая лабораторная работа содержит необходимые теоретические сведения, описание измерительной аппаратуры, методику выполнения работы и список контрольных вопросов.

Предназначен для студентов 2 курса, обучающихся по специальностям 151001 «Технология машиностроения», 220301 «Автоматизация технологических процессов и производств», по направлению подготовки бакалавров 140100 «Теплоэнергетика».

Ил. 55. Табл. 20. Библиограф. 5

Рецензенты: канд. физ.-мат. наук, доц. Строкина В.Р.

канд. физ.-мат. наук, доц. Девяткин Е.М.

Уфимский государственный

а виационный технический университет, 2009

Содержание

Список литературы 114

Введение

В лабораторный практикум включены работы по разделу физики «электричество и магнетизм». Выполнение лабораторной работы включает предварительную подготовку, проведение экспериментов и составление отчета о результатах исследований.

При подготовке к выполнению работы необходимо изучить теоретическое введение, описание лабораторной установки и методы измерений, соблюдать указанный порядок выполнения экспериментальной и расчетной части работы. При проведении экспериментов необходимо строго выполнять все установленные в лаборатории правила техники безопасности.

Отчет о работе должен содержать:

- название работы;

- цели и задачи работы;

- краткое описание лабораторной установки;

- расчетную часть (таблицы измерений, графики, расчет искомых величин и их погрешностей);

- выводы.

Контрольные вопросы, приведенные в конце каждой работы, облегчают подготовку к защите работы. В конце указаний приведен список литературы, рекомендуемый для самостоятельной подготовки.

При выполнении работ необходимо:

а) внимательно ознакомиться с заданием и оборудованием;

б) визуально проверить целостность изоляции токоведущих проводов;

в) не оставлять без присмотра включенную лабораторную установку;

г) не загромождать рабочее место посторонними предметами оборудованием, не относящимся к выполняемой работе;

е) о замеченных неисправностях немедленно сообщить преподавателю;

ж) по окончании работы отключить установку от сети, привести в порядок рабочее место.

Лабораторная работа № 1 Моделирование электростатических полей на электропроводящей бумаге

1. Цели и задачи работы

Целью работы является:

- Исследование электрических полей, создаваемых электродами различной конфигурации.

Задачей работы является:

- Определение расположения эквипотенциальных поверхностей.

- Построение силовых линий электрических полей, задаваемых электродами различной конфигурации.

- Построение качественной зависимости напряжённости электрического поля от координаты.

2. Теоретические положения

Электростатическое поле имеет две основные характеристики: векторную (или силовую) – вектор напряженности и энергетическую – потенциал .

Напряженность численно равна силе, действующей на единичный положительный заряд, находящийся в данной точке поля. Потенциал численно равен работе, которую нужно совершить, чтобы единичный положительный точечный заряд переместить из заданной точки поля в бесконечность.

Между напряжённостью электрического поля и электрическим потенциалом существует связь:

,	(1.1)
,	(1.2)

где величина называется градиентом потенциала.

Электростатическое поле может быть представлено графически двумя способами, дополняющими друг друга: с помощью эквипотенциальных поверхностей и линий напряжённости (силовых линий).

П оверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал, называется эквипотенциальной поверхностью. Линия пересечения ее с плоскостью чертежа называется эквипотенциалью. Силовые линии - линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора . На рис. 1 пунктирными линиями представлены эквипотенциали, сплошными - силовые линии электрического поля.

Разность потенциалов между точками 1 и 2 равна нулю, так как они находятся на одной эквипотенциали. В этом случае из (1.1) следует или . Так как Е и dl не равны нулю, то cos , т. е. угол между эквипотенциалью и силовой линией составляет /2, так что силовые линии и эквипотенциали образуют «криволинейные квадраты».

Из (1.2) следует, что силовые линии всегда направлены в сторону убывания потенциала. Величина напряжённости электрического поля определяется «густотой» силовых линий; чем гуще силовые линии, тем меньше расстояние между эквипотенциалями. Исходя из этих принципов, можно построить картину силовых линий, располагая картиной эквипотенциалей, и наоборот.

Достаточно подробная картина эквипотенциалей поля позволяет рассчитать в разных точках значение проекции вектора напряжённости на выбранное направление х, усредненное по некоторому интервалу координаты х:

(1.3)

где х — приращение координаты при переходе с одной эквипотенциали на другую, м;  - соответствующее ему приращение потенциала, В; <E_х> – среднее значение проекции Е_х между двумя эквипотенциалями, В/м; Е_х – проекция на ось х, В/м.

У поверхности металла напряжённость связана с величиной поверхностной плотности заряда  соотношением

(1.4)

где n - изменение координаты в направлении, перпендикулярном поверхности металла; _n - соответствующее ему приращение потенциала.