МИНОБРНАУКИ РОССИИСанкт-Петербургский государственныйэлектротехнический университет«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)Кафедра физикиотчетпо лабораторной работе№3по дисциплине «Физика»Тема: Исследование интегральных характеристик электростатического поля методом моделирования

Студент гр. 2283		Волков А.В.
Преподаватель		Вяткин В.М.

Санкт-Петербург2023ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ(поток электрической индукции и циркуляция напряженности)Цель работы: Ознакомление с методикой моделирования электростатического поля в токопроводящей среде, исследование электростатического поля, созданного системой проводящих тел, исследование интегральных характеристик электростатического поля – поток вектора напряженности и индукции, теорема Гаусса, циркуляция вектора напряженности. Приборы и принадлежности: лабораторный макет установки для моделирования электростатического поля (рис. 1).В работе используется планшет (1), покрытый проводящей бумагой, с нанесенными на него металлическими электродами (2). На планшете установлены две подвижные линейки (3), с помощью которых определяются координаты щупа (4), подключенного к вольтметру (pV). Помещая щуп в различные точки планшета, и, измеряя потенциал данной точки, можно построить картину исследуемого поля.Исследуемые закономерностиМ одель электростатического поля.

---

В проводящей среде под действием приложенной к электродам постоянной разности потенциалов происходит направленное движение заряженных частиц, в результате которого в среде, окружающей электроды, устанавливается стационарное распределение потенциала, подобное распределению потенциала в диэлектрической среде вокруг заряженных проводящих тел, если форма и взаимное расположение последних аналогичны соответствующим параметрам электродов проводящей модели.

Сопоставление свойств электростатического поля и поля электрического тока в проводящей среде показывает, что если в электростатическом поле на помещенный в поле заряд действует сила

, (1)

где n – единичный вектор в направлении максимального изменения потенциала, то в проводящей среде вектор плотности тока подчиняется вполне симметричному соотношению

, (2)

где  - электропроводность среды (величина, обратная удельному сопротивлению).

Из сопоставления этих двух соотношений видно, что, во-первых, оба поля потенциальны, т.е. не образуют вихрей в пространстве, окружающем электроды, а, во-вторых, как линии напряженности электростатического поля, так и линии тока перпендикулярны линиям или поверхностям равного потенциала.

Поле длинной двухпроводной линии. На планшете моделируются так называемые плоские поля, т.е. такие поля, картина которых остается неизменной при параллельном переносе плоскости, в которой производится исследование поля. Как правило, – это электростатические поля объектов, бесконечно протяженных в направлении, перпендикулярном секущей плоскости. В данной работе исследуется поле двух длинных, параллельных, равномерно и разноименно заряженных проводящих цилиндров (двухпроводной линии).

Е сли абсолютная величина линейной плотности заряда на цилиндрах  (Кл/м), то напряженность электростатического поля в произвольной точке секущей плоскости будет определяться геометрической суммой напряженностей полей, создаваемых каждым цилиндром (принцип суперпозиции). Для каждого из цилиндров абсолютная величина напряженности поля

---

, (3)а величину и направление результирующего вектора напряженности поля определяют по отношению к системе координат x0y (рис.2), заданной экспериментатором.Напряженность поля и вектор индукции. Для электростатического поля справедливо следующее соотношение между вектором напряженности поля и вектором электрической индукции . (4)Особенность вектора электрической индукции состоит в том, что, описывая с помощью этой физической величины электрическое поле, исследователь избавляется от необходимости учитывать связанные заряды, возникающие при поляризации среды.Циркуляция вектора напряженности электрического поля. Для идентификации свойств физических полей существует ряд интегральных характеристик. В электрическом поле циркуляцией вектора напряженности называют физическую величину, которая определяется следующим соотношением , (5)где L – произвольный замкнутый контур, - единичный вектор касательной к линии контура в данной точке. Легко видеть, что в электрическом поле циркуляция вектора напряженности напрямую связана с работой перемещения заряда в электрическом поле.Для потенциального поля Г = 0. Электростатическое поле – потенциально.Поток вектора индукции электрического поля (теорема Гаусса). Поток вектора индукции электрического поля определяется выражением , (6)где S – поверхность произвольной формы в области поля, n – единичный вектор нормали в данной точке поверхности. Поток вектора индукции поля является характеристикой источников этого поля. Для электростатического поля справедлива теорема Гаусса

---

, (7)

где S – произвольная замкнутая поверхность в области поля, V – объем области поля, ограниченный поверхностью S, Q_V – заряд, распределенный в объеме V. Это означает, что выражение (7) следует понимать так: поток вектора индукции электростатического поля через замкнутую поверхность произвольной формы равен суммарному заряду, заключенному в объеме, ограниченном этой поверхностью, и не зависит от зарядов, расположенных вне данной поверхности.

---

Смотрите также файлы

• Бизнеспланирование httpsstudwork rushop243447biznesplanirovanietestsotvetamisinergiya.doc

• Анализ Русского танца из балета Лебединое озеро. В 1895 год.docx

• 3 Методические рекомендации профилактики и коррекции агрессивного поведения детей.docx

• Контрольная работа По дисциплине Сети и системы мобильной связи Вариант 10 Москва 2023 задание.docx

• Профессионального образовательного учреждения колледж современного управления.pptx