Теоретическая часть. Гомельский государственный технический университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ

БЕЛАРУСЬ

Гомельский государственный технический университет

Имени П.О.Сухого

Кафедра физики

Лабораторная работа № 2-3

Изучение электростатического поля методом

Электролитических моделей

Выполнил студент гр. Э-13

Колесников П.М.

Принял преподаватель

Курбатова Л.М.

Г. Гомель, 2002

Лабораторная работа № 2-3

Изучение электростатического поля методом

электролитических моделей

Цель работы: Ознакомиться на опыте с методом электролитического моделирования при изучении электростатического поля.

Приборы и материалы: источник тока, реостат, вольтметр, стеклянная ванна с водой, электроды различной формы.

Теоретическая часть

Согласно современным представлениям, всякое заряженное тело создает вокруг себя силовое поле, которое называется электрическим полем.

Электрическое поле, создаваемое неподвижными и не меняющимися со временем электрическими зарядами называется электростатическим.

Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд – такой заряд, который не искажает исследуемое поле.

Напряжённость электростатического поля в данной точке есть векторная, силовая характеристика точки поля и она определяется силой действующей на пробный единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля:

Е=F/Q₀

Направление вектора напряженности совпадает с силой, действующей на положительный заряд.

Исследуя силу F, действующую на пробный заряд, можно определить значение вектора Е в каждой точке поля. Строго говоря, сила F действует на пробный заряд, расположенный на любом расстоянии с фиксированной системой зарядов. Однако величина силы быстро уменьшается с расстоянием, поэтому действие силы F практически проявляется вблизи зарядов. Достаточно удаленные области пространства, в которых сила становится пренебрежимо мала, считаются бесконечно удаленными и электрическое поле в них отсутствует.

Графически электростатическое поле изображают с помощью линий напряженности – линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора Е. Линиям напряженности приписывают направление, совпадающее с направлением вектора напряженности. Так как в данной точке пространства вектор напряженности имеет лишь одно направление, то линии напряженности никогда не пересекаются.

Линии напряженности электрического поля проводят с определенной густотой: число линий напряженности, пронизывающих единицу площади поверхности, перпендикулярную линиям напряженности, должно быть равно модулю вектора Е.

Электрическое поле является консервативным. Это значит, что работа сил такого поля при перемещении пробного электрического заряда по замкнутому контуру равна нулю.

Еще одной характеристикой электрического поля является электростатический потенциал – скалярная, энергетическая характеристика поля, равная потенциальной энергии, приходящейся на единицу пробного заряда в данной точке.

Напряженность и потенциал электрического поля связаны соотношением:

Выражение в скобках является градиентом потенциала. Градиент потенциала это вектор, показывающий направление наибольшего роста потенциала на единице длины, и равный максимальному изменению потенциала на единице длины в указанном направлении.

Работа электрических сил по перемещению заряда q₀ из одной точки в другую связана с изменением потенциальной энергии.

Связь напряженности электрического поля и потенциала выражается формулой:

Потоком вектора напряженности электрического поля через произвольную поверхность S называется поверхностный интеграл Ф

Кружок в интеграле означает, что интегрирование производится по замкнутой поверхности. Это утверждение носит название электростатической теоремы Гаусса.