Лабораторная по физике

Лабораторная работа № 1

«Изучение характеристик электростатического поля»

Цель работы:

1. Изобразить графически сечение эквипотенциальных поверхностей электростатического поля, созданного заданной конфигурацией электрических зарядов
2. Используя изображение эквипотенциальных поверхностей, построить силовые линии электростатического поля заданной конфигурации зарядов
3. При помощи полученной картины силовых и эквипотенциальных линий проверить справедливость формулы связи напряжённости электрического поля с его потенциалом.

Основные теоретические сведения

Помимо механического взаимодействия тел в природе существуют и другие фундаментальные виды взаимодействия. Тела, способные к таким взаимодействиям, обладают особыми физическими свойствами. Одним из таких свойств является электрический заряд. Обладающие электрическим зарядом тела способны вступать в новый вид взаимодействия, который называется электрическим (точнее – электромагнитным) взаимодействием.
Электрический заряд не может существовать без материального носителя. Электромагнитное взаимодействие превосходит механическое по интенсивности примерно на 40 порядков. Кроме того, электромагнитное взаимодействие может носить не только характер притяжения, но и характер отталкивания. Установлено, что в природе существует два вида электрических зарядов, один из которых условно был назван положительным, другой – отрицательным. Эксперименты показывают, что одинаковые по знаку электрические заряды отталкиваются, а противоположного знака – притягиваются.
Электрический заряд обладает свойством сохранения: в замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается неизменной при любых взаимодействиях тел внутри такой системы. Это утверждение получило название закона сохранения электрического заряда.
Кроме того, заряд обладает свойством делимости: его можно распределять между телами. Однако, существует предельное значение величины заряда, дальше которой он уже не делится. Было обнаружено, что такой минимальный заряд неразрывно связан с очень маленькой частицей, которая была названа электроном. Заряд электрона оказался равным и условно считается отрицательным.
Электрический заряд обозначается буквой и измеряется в кулонах (Кл). Единица заряда названа в честь великого французского физика Шарля Огюстена Кулона, впервые количественно охарактеризовавшего электромагнитное взаимодействие.
Действие одного электрически заряженного тела на другое осуществляется посредством электромагнитного поля. Электромагнитное поле – это структурная форма материи, посредством которой осуществляется электромагнитное взаимодействие. Основные свойства этого силового поля таковы:
• Электромагнитное поле создается только электрически заряженными телами (электрическими зарядами). Если электрические заряды, создающие поле, неподвижны в заданной системе отсчета, то создаваемое поле называется электростатическим.
• Электромагнитное поле способно оказывать силовое воздействие на помещенный в него электрический заряд.
• Поле является объективной реальностью, то есть, его существование не зависит от наших знаний о нем. Обладая достаточными знаниями, мы можем создать приборы, способные обнаружить и использовать это поле.

Силовое воздействие электростатического поля на электрический заряд количественно характеризуется законом Кулона: сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов пропорциональна величине заряда, создающего поле, величине заряда, помещенного в это поле и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.

(1)

где - сила взаимодействия заряда с полем, - коэффициент пропорциональности, обусловленный выбором системы единиц СИ, - величина заряда, создающего поле, - величина заряда, помещенного в поле, - расстояние между зарядами, - относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между зарядами, - электрическая постоянная.
Сила взаимодействия электрических зарядов (сила Кулона) направлена вдоль прямой, проходящей через центры взаимодействующих электрических зарядов, то есть, является центральной силой. В векторном виде закон Кулона можно записать так:
...........................