І ЛІНІЙ НАПРУЖЕНОСТІ ЕЛЕКТРОСТАТИЧНОГО
Мета роботи: дослідження електричних полів, створюваних кількома зарядами.
Обладнання: установка для дослідження електростатичних полів, джерело живлення 0¸7В, струмопровідна папір, поверх якої прикріплено декоративна панель з численними отворами, мультиметр в режимі вольтметра.
Віддалені один від одного точкові електричні заряди взаємодіють за законом Кулона з силою:
де k = 9 × 10 9 - коефіцієнт пропорційності, який можна визначити за формулою. e0 - електрична постійна, рівна 8,85 × 10 -12. q1 і q2 - точкові заряди, що знаходяться на відстані r один від одного.
Точковим зарядом q називається наелектризоване тіло, розміри якого дуже малі в порівнянні з відстанню до інших заряджених тіл, з якими воно взаємодіє, e - діелектрична проникність середовища, що дорівнює відношенню сили взаємодії між зарядами в відсутності середовища F0 і при її наявності F.
Яким же чином здійснюється ця взаємодія при відсутності речовини між зарядами? Взаємодія між зарядами відбувається за посередництвом електричного поля. Електричне поле, утворене системою нерухомих зарядів називається електростатичним.
Для замкнутої системи справедливий закон збереження електричного заряду - алгебраїчна сума електричних зарядів в замкнутій системі залишається незмінною:.
Якщо розглянути заряд q як «джерело» електричного поля, в яке на відстані поміщений пробний заряд, то на нього буде діяти сила:
де - радіус вектор, проведений від заряду до заряду.
Звідси видно, що сила залежить від величини пробного заряду q ': F
q '. З іншого боку, не залежить від q '. а залежить від величини заряду q. властивостей середовища e і положення в просторі тієї точки, в якій вивчається поле - значення радіус-вектора. Цю величину можна прийняти для кількісної характеристики електричного поля:
Вектор називається вектора напруженості електричного поля і служить його силовий характеристикою. В СІ вимірюється в В / м.
Вектор напруженості електричного поля системи зарядів дорівнює геометричній сумі напруженості полів, створюваних в даній точці кожним із зарядів окремо.
Це твердження називається принципом суперпозиції (накладення) електричних полів.
Графічно електричне поле можна показати за допомогою силових ліній. Ці лінії проводять так, щоб дотичні до них в кожній точці простору збігалися по напрямку з вектором в тій же самій точці (рис.1.1).
Умовно приймають, що число ліній, що проходять через одиничну площадку, орієнтовану перпендикулярно цих лініях, має дорівнювати чисельної величиною Е в даній області поля. Властивість ліній напруженості починатися або закінчуватися тільки на електричних зарядах або йти в нескінченність, зберігається і для полів, що створюються будь-якою системою електричних зарядів. Як приклад використання принципу суперпозиції електричних полів розглянемо поле електричного диполя. Диполем називається сукупність двох однакових за абсолютною величиною різнойменних зарядів + q і -q. розташованих на відстані l один від одного, яке мало в порівнянні з відстанню r від центру диполя Про до точки М, в якій визначається напруженість (рис.1 .2.).
З'єднаємо точку спостереження М з обома зарядами радіус-векторами і. проведеними з тих точок, в яких знаходяться ці заряди. Тоді, вектор напруженості створюваний зарядом -q в точці М, буде спрямований проти радіус-вектора. а буде спрямований по. Вектори і визначаються за формулою (1.4), а повний вектор напруженості електричного поля в точці М дорівнює їх геометричній сумі: