Изучение электрического поля

Цель работы: изучить электрическое поле.

Теория. Стационарное электрическое поле так же,как и электростатическое поле в каждой точке характеризуется вектором напряженности поля и потенциалом.

Абсолютное значение напряженности Е выражается через градиент потенциала (изменение потенциала на единицу длины в направлении нормали к эквипотенциальной поверхности) так:

(1)

Графически электрическое поле можно изображать не только с помощью линий напряженности, но и с помощью эквипотенциальных поверхностей - совокупность точек в пространстве, имеющих одинаковый потенциал. Пересекаясь с плоскостью чертежа, эквивалентные поверхности дают эквипотенциальные линии (рис. 1).

Рисунок. 1

В каждой точке эквипотенциальной поверхности вектор напряженности поля перпендикулярен ей и направлен в сторону убывания потенциала.

Описание прибора и схемы.

Рисунок. 2

Устройство прибора, применяемого при изучении электрического поля, видно из схемы, представленной на рисунке 2. Основная часть прибора - станок С (плоский, прямоугольной формы лист изолятора). Симметрично вблизи краев этого листа вмонтированы клеммы - К. К этим клеммам снизу подключаются полюсы батареи Е, а сверху зажимаются гайками плоские электроды Э прижимающие фильтрованную бумагу.

Приборы и принадлежности: бумагу (ткань) Ф; 1. Гальванометр; 2. Два металлических зонда: 3. Станок для крепления электродов и бумаги (ткани); 4. Источник постоянного тока (ЛИП); 5. Соединительные проводники; 6. Линейка, химический карандаш и вода.

Порядок выполнения работы:

1. Начертить в протоколе координатную сетку, показанную на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1.

2. Укрепить фильтрованную бумагу (ткань) на станке С и смочить бумагу (ткань) водой.

3. Определим распределение потенциалов вдоль оси X. Для этого:

3.1. Присоединяем зонды к клеммам гальванометра.

3.2. Один из зондов устанавливаем в точке А.

3.3. Второе острие зондов устанавливаем в точке 1, и по показаниям гальванометра определяем потенциал точки 1 (если стрелка гальванометра отклоняется в противоположную сторону, то следует поменять местами зонды.).

3.4. Не меняя положение первого зонда в точке А, аналогично измеряем потенциал точек 2,3,4, В.

3.5. Результаты полученных изменений занесем в таблицу3.1.

Таблица 3.1

А, [В]	1, [В]	2, [В]	3, [В]	4, [В]	в, [В]

4. Обработать полученные результаты.

4.1. Вычислить значение разности потенциалов , используя данные таблицы 3.1.

- = ………В

- = ………В

- = ………В

- = ………В

- = ………В

4.2. Определить градиент потенциала вдоль линии А и В (для точек 1,2,3,4) и результаты полученных вычислений занести в таблицу4.1.

Таблица 4.1.

5. Определим линии эквипотенциальной поверхности. Для этого:

5.1. Помещаем острие первого зонда в точку А.

5.2. Острие второго зонда помещаем в точку 1 и определяем значение .

5.3. Не изменяя положение первого зонда, перемещаем острие второго зонда по линииFE и, используя показания гальванометра, находим на этой линии точку, потенциал которой численно равен .

5.4. Полученное местонахождение точки на линииFE отмечаем на координатной сетке в протоколе.

5.5. Не меняя положение первого зонда в точкеА, аналогично находим на линиях NM и SR точки, потенциалы которых равны .

5.6. Повторяем опыт для линийDC, LK, РО.

5.7. Местонахождение полученных точек отмечаем на координатной системе. Полученные точки соединяем плавной кривой, которая изображает линию эквипотенциальной поверхности, с потенциалом равным .

5.8. Не меняя положение первого зонда в точке А, аналогично определяем линии эквипотенциальной поверхности для значений , , .

5.9. Получаем картину линий эквипотенциальной поверхности (рис. 1.1).

6. Сделать вывод.

7. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы:

1. Чему равна разность потенциалов между любыми точками на эквипотенциальной поверхности?

2. Могут ли линии напряженности электростатического поля касаться друг друга или пересекаться?

3. Как расположены линии напряженности электрического поля по отношению к эквипотенциальным поверхностям?