Изучение характеристик электростатического поля

Министерство связи и массовых коммуникаций Российской Федерации (Минкомсвязь РФ)

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»)

Межрегиональный учебный центр переподготовки специалистов (МУЦПС)

 

 

О Т Ч Е Т

По лабораторной работе № 1

Изучение характеристик электростатического поля

По дисциплине: Физика

Разработчик: ст. преподаватель кафедры физики СибГУТИ Стрельцов А. И.

Выполнил:

Группа: ЗБТ-52

Вариант: № 8

 

 

Новосибирск

2016

I.Цель работы:

 

1. Изобразить графически сечение эквипотенциальных поверхностей электростатического поля, созданного заданной конфигурацией электрических зарядов

2. Используя изображение эквипотенциальных поверхностей, построить силовые линии электростатического поля заданной конфигурации зарядов

1. При помощи полученной картины силовых и эквипотенциальных линий проверить справедливость формулы связи напряжённости электрического поля с его потенциалом.

 

III.Экспериментальные результаты.

 

Описание лабораторной установки представляет собой прямоугольную ванну 1 (рисунок 2) с электролитом (водопроводной водой), в которую погружены два электрода 2 и 4. На дно ванны нанесена координатная сетка 3. Для выполнения первой части задания берут два одинаковых электрода в виде небольших металлических колец, для второй части одно из колец заменяют на плоскую металлическую пластинку. Электроды присоединены к источнику постоянного напряжения, установленному внутри лабораторного стенда 6.

 

Рисунок 2. Внешний вид лабораторной установки

Один из электродов подключен через вольтметр 7, к подвижному зонду 5.

Если подать на электроды постоянное напряжение, то между ними возникнет электрическое поле и вольтметр покажет разность потенциалов между электродом и точкой в ванне, в которую помещен зонд . Характеристики и параметры этого поля предстоит исследовать в данной работе.

 

 

Схема лабораторной установки изображена на рисунке 3. Неподвижные электроды ванны и подключены к источнику постоянного напряжения G.

Подвижный электрод-зонд подключен к источнику тока через вольтметр V. При погружении зонда в электролит вольтметр показывает разность потенциалов между неподвижным левым по схеме электродом и подвижным зондом .

Рисунок 3. Схема лабораторной установки

 

Первая часть задания

Задача № 2

Сравните между собой численные значения напряжённости электрического поля в исследуемых точках. Сделайте вывод о соответствии густоты расположения силовых линий и абсолютной величине напряжённости электрического поля.

ВЫВОД:

Исследовано электростатическое поле, созданное двумя электродами два тонких кольца. Графически изображены сечения эквипотенциальных поверхностей (рисунок 7). Видно, что вблизи электродов эквипотенциальные линии принимают форму источника, что позволяет сделать вывод о том, что металлические электроды являются эквипотенциальными поверхностями.

Построены силовые линии электростатического поля, произведены оценки величины напряженности поля в трех точках. Полученные результаты говорят о том, что в областях, где силовые линии расположены гуще, величина напряженности поля больше, что соответствует теоретическим ожиданиям.

 

Задача № 3

Определите направление силовых линий с помощью формулы
и понятия градиента потенциала. Проверьте полученный результат, определив направление силовых линий ещё раз по известной полярности электродов ванны. Сравните полученные результаты и сделайте вывод о справедливости формул связи напряжённости электрического поля с его потенциалом
, или

Определим направление силовых линий с помощью формулы

 

• Градиент скалярной функции показывает направление её наиболее быстрого возрастания

• Знак «минус» появляется при выводе формулы из закона сохранения энергии и указывает на необходимость затрат энергии на совершение работы по перемещению заряда в электрическом поле

• Таким образом, силовые линии электрического поля будут направлены в сторону уменьшения его потенциала

• С другой стороны, мы знаем, что силовые линии направлены от положительных зарядов к отрицательным

• Сопоставление этих двух условий позволит нам экспериментально проверить формулу , что и составляет основную цель лабораторной работы

 

Вторая часть задания

Сравните между собой численные значения напряжённости электрического поля в исследуемых точках. Сделайте вывод о соответствии густоты расположения силовых линий и абсолютной величине напряжённости электрического поля.

ВЫВОД:

Исследовано электростатическое поле, созданное двумя электродами отрицательно заряженная плоскость и положительно заряженное кольцо. Графически изображены сечения эквипотенциальных поверхностей рисунок № 10. Видно, что вблизи электродов эквипотенциальные линии принимают форму источника, видно, что чем ближе эквипотенциальные линии к положительно заряженному кольцу, тем больше они принимают форму окружности, а чем ближе к плоскости, тем больше принимают форму прямой линии, что позволяет сделать вывод о том, что металлические электроды являются эквипотенциальными поверхностями.

Построены силовые линии электростатического поля, произведены оценки величины напряженности поля в трех точках. Полученные результаты говорят о том, что в областях, где силовые линии расположены гуще, величина напряженности поля больше, что соответствует теоретическим ожиданиям.

 

Задача № 6

Определите направление силовых линий с помощью формулы
и понятия градиента потенциала. Проверьте полученный результат, определив направление силовых линий ещё раз по известной полярности электродов ванны. Сравните полученные результаты и сделайте вывод о справедливости формул связи напряжённости электрического поля с его потенциалом
, или

Определим направление силовых линий с помощью формулы

 

• Градиент скалярной функции показывает направление её наиболее быстрого возрастания

• Знак «минус» появляется при выводе формулы из закона сохранения энергии и указывает на необходимость затрат энергии на совершение работы по перемещению заряда в электрическом поле

• Таким образом, силовые линии электрического поля будут направлены в сторону уменьшения его потенциала

• С другой стороны, мы знаем, что силовые линии направлены от положительных зарядов к отрицательным

• Сопоставление этих двух условий позволит нам экспериментально проверить формулу , что и составляет основную цель лабораторной работы

 

 

VI Контрольные вопросы

 

Министерство связи и массовых коммуникаций Российской Федерации (Минкомсвязь РФ)

Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (ФГОБУ ВПО «СибГУТИ»)

Межрегиональный учебный центр переподготовки специалистов (МУЦПС)

 

 

О Т Ч Е Т

По лабораторной работе № 1

Изучение характеристик электростатического поля

По дисциплине: Физика

Разработчик: ст. преподаватель кафедры физики СибГУТИ Стрельцов А. И.

Выполнил:

Группа: ЗБТ-52

Вариант: № 8

 

 

Новосибирск

2016

I.Цель работы:

 

1. Изобразить графически сечение эквипотенциальных поверхностей электростатического поля, созданного заданной конфигурацией электрических зарядов

2. Используя изображение эквипотенциальных поверхностей, построить силовые линии электростатического поля заданной конфигурации зарядов

1. При помощи полученной картины силовых и эквипотенциальных линий проверить справедливость формулы связи напряжённости электрического поля с его потенциалом.