2_2. Электрическое поле точечных зарядов

Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником (Савельев, т.2, §5-10). Запустите программу «Эл-магн.Кванты». Выберите «Электричество и магнетизм» и «Взаимодействие электрических зарядов». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ стр.5 еще раз).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

• Знакомство с моделированием электрического поля от точечных источников.

• Экспериментальное подтверждение закономерностей для электрического поля точечного заряда и электрического диполя (ЭД).

• Экспериментальное определение величины электрической постоянной.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

электрическим полем(ЭП) называется область пространства, в которой на электрически заряженную частицу действует сила, называемая электрической (кулоновской).

ИсточникомЭП являются электрически заряженные частицы.

ЗАРЯДОМ (электрическим) называется особая характеристика объекта, определяющая его способность создавать ЭП и взаимодействовать с ЭП. Часто «зарядом» называют заряженную частицу, а «точечным зарядом» - материальную точку, имеющую электрический заряд.

Основные свойстваэлектрического заряда:

1. Заряд инвариантен– его величина одинакова при измерении в любой инерциальной системе отсчета.

2. Заряд сохраняется– суммарный заряд изолированной системы тел не изменяется.

3. Заряд аддитивен– заряд системы тел равен сумме зарядов отдельных тел.

4. Заряд дискретен– заряд любого тела по величине кратен минимальному заряду, который обозначается символом е и равен 1.6 10^-19Кл.

5. Существуют заряды двухразных «сортов». Заряды одного «сорта» названыположительными, а другого «сорта» -отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные - притягиваются.

Если вблизи одной заряженной частицы (заряда Q₁), расположенной в начале координат, будет находиться вторая заряженная частица (зарядQ₂), то на второй заряд будет действоватьэлектрическая(кулоновская), определяемая законом Кулона:где- радиус-вектор точки наблюдения,- единичный радиус-вектор, направленный в точку наблюдения,₀- электрическая постоянная.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ - характеристика силового действия ЭП на заряд. Напряженность ЭП, создаваемого зарядом Q₁ , есть векторная величина, обозначаемая символом(Q₁) и определяемая соотношением, где- сила, действующая на зарядQ₂.

линиЯ эП- линия, в любой точке которой вектор напряженности ЭП направлен по касательной к ней.

ЭП подчиняется принципу суперпозиции: напряженность ЭП нескольких источников является суммой векторов напряженности поля, создаваемого независимо каждым источником.

ПОТОКОМ ЭП называется интеграл по некоторой поверхности Sот скалярного произведения напряженности ЭП на элемент поверхности:, где вектор направлен по нормали к поверхности.

Закон ГАУССА для ЭП:потокЭП череззамкнутуюповерхностьS₀ пропорционаленсуммарномузаряду, расположенному внутри объема, ограниченного поверхностью интегрирования потокаV(S₀):.

Линии напряженности электрического поля точечного заряда представляют собой прямые линии, идущие от заряда (положительного) или к заряду.

ПОТЕНЦИАЛОМ данной точки ЭП называется скалярная характеристика ЭП, численно равная работе сил поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки в другую фиксированную точку₀, в которой потенциал принят за 0 (например, в бесконечность): .

Уравнение, выражающее напряженность через потенциал:,

где оператор градиентаgrad=

ДИПОЛЬ есть два одинаковых по величине, но противоположных по знаку точечных зарядов Q, расположенных на расстоянииL(L— плечо диполя).

ДИПОЛЬНЫЙ (электрический) моментесть произведение. Вектор направлен от положительного к отрицательному заряду.

Напряженность ЭП диполя вычисляется с использованием принципа суперпозиции для ЭП.

q₁ 

r₁₂ q₂ 

L

q₃

Как видно из рисунка, , а для суммарной силы получим.

На линии, проходящей через центр диполя, перпендикулярно электрическому моменту, и на большом расстоянии r от его центра:

.

МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Закройте окно теории. Рассмотрите внимательно рисунок и зарисуйте необходимое в конспект:

Подготовьте таблицу 1, используя образец. Подготовьте также таблицы 3 и 4, аналогичные табл.1, за исключением второй строчки, содержание которой см. в следующем разделе.

Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений.

ИЗМЕРЕНИЯ