Закон Кулона/зеркальный заряд

Закон Кулона/зеркальный заряд 4.2.04

-01

Темы для изучения Электрическое поле, напряженность электрического поля, электрический поток, электростатическая индукция, электрическая постоянная, плотность поверхностного заряда, электрическое смещение, электростатический потенциал.   Принцип Маленький заряженный шар находится на определенном расстоянии напротив металлической пластины, находящейся в потенциале Земли. Поверхность заряда на пластине вследствие электростатической индукции вместе с заряженной сферой образует электрическое поле, аналогичное существующему между двумя противоположно заряженными точечными зарядами (рис. 2). Электростатическая сила, действующая на сферу, измеряется точным крутильным динамометром.   Оборудование	Гиря с прорезью, 1 г	03916.00 4
Измерительный усилитель постоянного тока	13620.93 1
Источник питания, высоковольтный, 0-25 кВ	13671.93 1
Цифровой универсальный электроизмерительный. прибор	07134.00 1
Соединительный шнур, 30 кВ, 1000 мм	07367.00 1
Экранированный кабель типа BNC, l=1500 мм	07542.12 1
Переходник, гнездо BNC/ 4 мм	07542.20 1
Соединительный шнур, 500 мм, красный	07361.01 3
Соединительный шнур, 750 мм, красный	07362.01 1
Соединительный шнур, 750 мм, синий	07362.04 1
Соединительный шнур, 1000 мм, желто-зеленый	07363.15 2
Штатив «ПАСС»	02005.55 1
Плоский конденсатор, 283x283 мм	06233.02 1	Прямоугольный зажим «ПАСС»	02040.55 1
Держатель с изоляцией	06021.00 2	Штатив, «ПАСС», прямоуг. l=1000 мм	02028.55 1
Сферический проводник, d=40 мм	06237.00 2	Держатель для U-образного магнита	06509.00 1
Проводящие сферы с подвеской	02416.01 1	Цель 1. Установить связь между действующей силой и зарядом на шаре. 1. Установить отношение между силой и расстоянием (для шара по отношению к металлической пластине). 2. Определить электрическую постоянную.
Торсионный динамометр, 0,01 Н	02416.00 1
Держатель для гирь с отверстиями	02204.00 1
Рис. 1: Экспериментальная установка для измерения электростатической силы притяжения, действующей на шар.

ЛЭФ

Закон Кулона/зеркальный заряд

-01

Рис. 2: Принцип действия закона Кулона и зеркального заряда     Установка и ход работы 1. Экспериментальная установка для измерения электростатической силы показана на рис. 1. При помощи динамометра установите необходимую силу для заданного расстояния между шаром и пластиной, сообщите шару заряд и подождите, пока этот заряд уменьшится до такой степени, что динамометр вернутся в исходное положение, затем сразу измерьте заряд. Установите усилитель постоянного тока в режим измерения (нажмите кнопку «Q»), в масштабе 1-100 nAs. 2. Повторите данную процедуру для различных расстояний между сферическим проводником и плоским проводником. Расстояние должно быть ограничено диапазоном 4-8 см, поскольку при меньших расстояниях большая часть заряда на сферическом проводнике переносится на пластину, а при больших – электрическое поле испытывает влияние извне и со стороны краев пластины конденсатора. 3. Выход усилителя постоянного тока 0… 10 В, т.е. 2,3 В 23 nAs для режима измерения 0… 100 nAs.   Рис. 3: Геометрическое представление зависимости в системах «пластина/заряд» и «зеркальный заряд/заряд»

Теория и расчет Согласно рис. 3 электростатический потенциал вблизи двух точечных зарядов противоположной полярности в точке , определяемой , равен , где - количество заряда, - электрическая постоянная. Чтобы проверить это распределение потенциала в пространстве в системе «пластина/сфера», необходимо определить место этого электростатического потенциала (например, ). Получаем В данном примере измерения потенциал на сферическом проводнике равен 1000 В относительно электрического потенциала Земли. Для данного случая исходная точка равна = 175 В. См. эксперимент 4.2.-01-00 «Электрический поля и потенциалы в плоском конденсаторе». Из выражения электростатическое поле, образуемое зеркальным зарядом, становится . Отсюда электростатическое поле, действующее на заряд в точке = 0, = , равно при . На рис. 4 представлены несколько значений силы и заряда, найденных при различных расстояниях между сферическим проводником и пластиной конденсатора в результате измерения.

ЛЭФ