Электростатическое поле. Саратовский государственный технический университет

Саратовский государственный технический университет

ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ В МОДЕЛЯХ НА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ВАННЕ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы по физике

для студентов всех специальностей

всех форм обучения

Электронное издание локального распространения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

САРАТОВ-2006

Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.

Составитель – к.ф.-м.н. Шведова Наталья Дмитриевна.

Под редакцией - Зюрюкина Юрия Анатольевича.

Рецензент – Пулин Виктор Федотович

410054, Саратов, ул. Политехническая 77,

Научно-техническая библиотека СГТУ,

тел. 52-63-81, 52-56-01

http: // lib.sstu.ru

Регистрационный

номер 060551Э

© Саратовский государственный

технический университет 2006 г

Цель работы: отображение электростатического поля на основе снятия и построения сечений эквипотенциальных поверхностей в электростатической модели на электролитической ванне, определение структуры силовых линий на этом отображении и расчёт напряжённости в различных точках поля.

Электростатическое поле

Электростатическое поле – это одна из форм материи. Любой заряд создает вокруг себя электрическое поле и через поле осуществляет взаимодействие с другими зарядами.

Электростатическим полем называется поле, созданное неподвижными зарядами. В каждой точке пространства электростатическое поле можно охарактеризовать его напряженностью и потенциалом.

Для исследования поля нужно в различные его точки помещать «пробный» точечный заряд q₀ достаточно малый, чтобы он не искажал исследуемого поля.

Напряженностью электростатического поля в данной точке называется векторная величина, численно равная отношению силы, действующей в данной точке на пробный заряд, к величине этого заряда:

(1)

Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. На Рис.1 показано направление вектора напряженности электростатического поля, созданного положительным (а) и отрицательным (б) точечным зарядами.

Линией напряжённости (силовой линией) называется такая воображаемая линия в поле, в каждой точке которой вектор напряжённости является касательной к ней. Линиям напряжённости приписывается определённое направление: они начинаются на поверхности положительного заряда, создающего поле, и оканчиваются на поверхности отрицательного заряда.

С помощью линий напряжённости удобно изображать поле графически. В расположении и форме этих линий сказываются все особенности данного поля.

Энергетической характеристикой поля в каждой точке является потенциал. Если положительный пробный заряд q₀ переместится из исследуемой точки поля в бесконечность (где поле отсутствует), то силы поля совершат над зарядом некоторую работу A_¥. В электростатическом поле эта работа зависит только от начального и конечного положения перемещаемого заряда и не зависит от пути, по которому заряд перемещается. Следовательно, в исследуемой точке пробный заряд обладает определённой потенциальной энергией W_Р = A_¥.

Потенциалом поля в данной точке называется скалярная величина, численно равная отношению потенциальной энергии пробного заряда в указанной точке к величине этого заряда:

(2)

За единицу потенциала принят один вольт (1В = 1 Дж/Кл).

Потенциал принимается условно за нуль в точках, бесконечно удалённых от зарядов, которые создают поле. В других точках потенциал может быть положительным или отрицательным. Положительный пробный заряд под действием сил поля стремится перемещаться в направлении уменьшения (падения) потенциала, то есть от точек с положительным потенциалом к точкам с нулевым потенциалом (такие точки могут быть и в поле), а от точек с нулевым к точкам с отрицательным потенциалом.