Лабораторная работа №6. Тема. Исследование электрического поля

Тема. Исследование электрического поля.

Цель работы. Экспериментально найти эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатического поля.

Оборудование. Нуль-гальванометр, щупы (подвижный и неподвижный), ванна со слабым раствором медного купороса, источник постоянного тока, набор электродов различной формы, цветные карандаши.

ВВЕДЕНИЕ

Взаимодействие электрических зарядов друг с другом описывается с помощью электрического поля, основными характеристиками которого являются его напряженность E и потенциал j. Вектор напряженности поля определяет силу, действующую на заряд, находя­щийся в электрическом поле, а именно: сила F, действующая на точечный заряд q, помещен­ный в некоторую точку поля, есть:

F=qE (1),

где E - вектор напряженности поля в этой точке.

Работа, которую совершает электрическое поле над единичным положительным зарядом при переносе его из точки 1 в точку 2, равна разности потенциалов между этими точками:

А₁₂ =j₁–j₂ (2).

Тем самым, потенциал j определяет потенциальную энергию Wn заряда q, находящегося в данной точке поля:

W_п=q×j. (3).

Сами величины E и j связаны друг с другом следующим образом:

E = – grad j (4).

В формуле (4) нетрудно разглядеть известное из механики соотношение между силой и потенциальной энергией: F = – grad W_п, которое получается из (4) если умножить обе части равенства на заряд q и учесть (1) и (3).

Рис.1

Можно графически изображать поле с помощью силовых линий или эквипотенциальных поверхностей. Силовой линией или линией электрического поля называется такая линия, касательная к каждой точке которой, совпадает с направлением вектора напряженности E в данной точке. Силовые линии начинаются на положительных и оканчиваются на отрицательных зарядах, и либо одним, либо обоими своими концами уходят в бесконечность.

Эквипотенциальные поверхности, это поверхности равного потенциала. Силовые линии всегда направлены перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям (см. рис. 1). Из сказанного следует, что задание вектора напряженности E или потенциала j эквивалентно, вопрос лишь в том, какая из величин E или j удобнее.

Изучение электрического поля в данной работе проводится методом электролитической ванны.