Теоретическое введение

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный строительный университет»

Утверждено

на заседании кафедры физики

23 сентября 2011 г.

Методические указания

к лабораторной работе № 30

Изучение графического способа

Описания электростатического поля

Ростов-на-Дону

УДК 53(075.8)

Методические указания к лабораторной работе № 30 «Изучение графического способа описания электростатического поля».- Ростов н/Д:

Рост. гос. строит. ун-т, 2011. – 10 с.

Методические указания содержат краткую теорию метода, порядок выполнения лабораторной работы, требования техники безопасности, требования к оформлению результатов, а также перечень контрольных вопросов и тестов.

Предназначены для выполнения лабораторной работы по программе курса общей физики для студентов всех специальностей РГСУ.

УДК 53(075.8)

Составители: проф. Н.Н. Харабаев,

проф. А.Н. Павлов

Рецензент доц. Ю.И. Гольцов

Редактор Н.Е. Гладких

Темплан 2011 г., поз. ___

Подписано в печать ____). Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л 0,5. Тираж 100 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета.

334022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

© Ростовский государственный

строительный университет, 2011

Лабораторная работа № 30

Изучение графического способа

Описания электростатического поля

Цель работы: экспериментальное изучение электростатического поля и его графическое описание с помощью эквипотенциальных поверхностей и силовых линий.

Приборы и принадлежности: установка для изучения графического способа описания электростатического поля, состоящая из электролитической ванны с электродами, источника питания, двух зондов и нуль–индикатора (осциллографа).

Теоретическое введение

Основными характеристиками электростатиче­ского поля являются напряженность и потенциал .

Напряженность в данной точке поля равна по величине силе, действующей со стороны поля на пробный точечный единичный положительный заряд , помещенный в данную точку поля, а по направлению совпадает с этой силой:

Понятие потенциала для электростатического поля следует из определения работы сил электростатического поля по перемещению пробного точечного единичного положительного заряда из одной точки в другую, а именно разность потенциалов ( ) для точек (1) и (2) равна по величине работе по перемещению заряда из точки (1) в точку (2):

.

Если принять, что потенциал в какой-либо точке поля равен нулю (например, для поля точечного заряда полагают потенциал равным нулю на бесконечности, т.е. ), то можно определить абсолютное значение потенциала в любой точке (1) следующим образом:

.

Из приведенного определения потенциала электростатического поля следует, что работа поля по элементарному перемещению единичного положительного заряда равна по величине убыли потенциала поля при этом перемещении от одной точки к другой, т.е.

Этой работе может быть сопоставлена убыль потенциальной энергии заряда в электростатическом поле:

Отсюда

Из этого выражения следует еще одно определение потенциала электростатического поля:

разность потенциалов для двух точек электростатического поля численно равна разности потенциальных энергий единичного заряда в этих двух точках электростатического поля.

В отличие от напряженности , как силовой характеристики, потенциал является энергетической характеристикой поля.

Напряженность и потенциал электростатического поля связаны между собой. Эта связь выражается следующим образом:

, где

+ + ,

+ + .

Отсюда следует, что

.

Выражение означает, что проекция вектора на ось Ох равна скорости убывания потенциала вдоль этой оси Ох. Аналогичный смысл имеют выражения и

Из соотношения следует, что вектор напряженности направлен в сторону наибольшей скорости убывания потенциала .

Электростатическое поле может быть изображено графически с помощью силовых линий (линий напряженности поля) или с помощью эквипотенциальных поверхностей. Силовая линия – это такая линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряженности поля . Эквипотенциальной называется поверхность, являющаяся геометрическим местом точек поля, имеющих равный потенциал. Силовые линии и эквипотенциальные поверхности в точках их пересечения взаимно перпендикулярны. Это свойство дает возможность по эквипотенциальным поверхностям электрического поля построить его силовые линии.

В данной лабораторной работе изучение графического способа описания электростатического поля основано на аналогичной возможности для электрического поля по экспериментальной найденным конфигурациям эквипотенциальных поверхностей проводить построение силовых линий этого поля.