Lekcija 5. Elektriskā lauka stiprums

Koncepcija elektriskais lauks Tas izrādījās auglīgs, jo bija iespējams ieviest kvantitatīvās īpašības, kas ļauj mums atrisināt īpašas fiziskas problēmas. Tie galvenokārt ietver elektriskā lauka spriedzi un potenciālu.

Eksperimentālo studentu pētījumos jāparāda, ka spriedzi var faktiski izmērīt un ka šī vērtība raksturo elektrisko lauku. Salīdzinoši jauni skolēniem ir viena un tā pati ierīce, elektrostatiskais dinamometrs, ar atbilstošu kalibrēšanu var izmantot kā skaitītāju un izturību, un spriegumu. Tomēr tas nenozīmē, ka jebkuru elektrostatisko vērtību var izmērīt ar šo ierīci: neviena no elektrostatiskās dinamometra kalibrēšanas varēs iegūt ierīces mērījumu, piemēram, elektriskā lauka potenciālu.

Tas ir būtiski svarīgi eksperimentāls pamatojums par elektrisko lauku superpozīcijas principu. Šādu pamatojumu varētu veikt jau ar elektriskās jomas jēdziena ieviešanu, bet vēlams to darīt, kad studenti būs iepazinušies ar spriedzes jēdzienu.

5.1. Elektriskā lauka stiprums. Elektriskā lauka jauda ir elektriskā lauka sprieguma vektors E. Vienāds ar spēka vektora attiecību, kas darbojas šajā brīdī, uz testa pozitīvu maksu, uz šīs maksas lielumu:

Spriedze SI vienībās tiek izteikta Ņūtonā uz kulonu (N / Cl).

5.2. Elektriskā lauka spriedze punkts. Daudzos elektrostatiskās uzdevumos var atstāt novācējamo iestāžu lielumu, salīdzinot ar attālumiem līdz novērošanas punktiem. Šādos gadījumos viņi runā par punktu nodevām. Ir skaidrs, ka patiesībā nav jēgas maksājumi vai iekasētie punkti, - tas ir tikai ērts abstrakcija.

Coulon likums, kā jūs zināt, ir tikai punktu nodevām. Tieši no Culon likuma izriet, ka punkts uzlādes elektriskā lauka sprieguma vektora modulis Q.:

(5.2)

kur R. - attālums līdz novērošanas punktam, \\ t q. - Pozitīva pozitīva maksa.

5.3. Elektropārvades līnijas elektrostatiskais lauks. Faraday, kas ieviesa elektriskā lauka jēdzienu, redzēja apsūdzības, ko ieskauj lauki. Tā bija līnijas, kas attiecas uz spēkiem, kas darbojas uz testa maksas lauka malā. Elektropārvades līnijas Elektrostatiskie lauki bieži tiek saukti sprieguma līnijasjo Elektriskā lauka sprieguma vektors jebkurā šādā līnijā ir piesaistīts tam. Nevis izmēģinājuma maksas par ēku silest līnijas Tas ir ērtāk izmantot elektrisko dipolu.

Ievadot pozitīvu testa maksu uz pavedienu elektriskajā jomā, pēc tās novirzes no līdzsvara stāvokļa, mēs definējam virzienu lauka stiprības. Noņemiet maksu un tā vietā tajā pašā punktā dipols. Šajā gadījumā ir atklāts, ka viņš pagrieza savu pozitīvo polu elektriskā lauka sprieguma virzienā. Izmantojot dipolu, nav grūti eksperimentāli pierādīt, ka elektrisko lauku var raksturot ar elektropārvades līnijām, t.i. Šādas līnijas, katrā vietā, no kura lauka stiprums ir pieskaras tiem.

Lai to izdarītu, izveidojiet patvaļīgu elektrisko lauku, ievietojiet to dipolu, un mēs atzīmējam pozitīvo un negatīvo stabu stāvokli. Pārvietojiet dipolu tā, lai tas, piemēram, negatīvs pole sakrita ar punktu, kurā bija pozitīva. Atkārtojot šo darbību, atkārtojot šo darbību, mēs iegūstam punktus. Pievienojot šos punktus ar gludu līniju, mēs iegūstam barošanas līniju paplašinātā elektrostatiskā lauka.

Pieredze rāda, ka katrā laukā notiek tikai viena barošanas līnija. Ja tas nebūtu tik, pēc tam viena lauka divu elektroenerģijas līniju krustošanās brīdī par atbildību darbosies ar dažādiem spēkiem.

Iepriekš aprakstīto soļu atkārtošana, mēs veidojam Ģimenes elektropārvades līnijas, lai to sākotnējie punkti ir uz virsmas uzlādēta ķermeņa vienādos attālumos viens no otra. Mēs atklājam, ka elektroenerģijas līnijas atrodas ar dažādiem blīviem. Mēs ievadīt izmēģinājuma maksu par pavedieniem šajā apgabalā ar maksimālo un minimālo biezumu līniju un konstatēt, ka šajās jomās elektriskais lauks elektriskais lauks ir maksimāls un minimāls.

Elektroapgādes līnijas ir kondensētas netālu no maksas, t.i. Ja elektriskā lauka stipruma vektora modulis ir lielāks. Tātad, barošanas līniju biezumu nosaka lauka spēks. Elektroenerģijas līniju ģimene principā var pilnībā raksturot elektrisko lauku.

Pieredzējušie eksperimenti liecina, ka elektroenerģijas līnijas sākas vai beidzas uz maksām, dodieties uz bezgalību vai aiziet no tā. Elektrostatiskā laukā nav slēgtu elektropārvades līniju.

5.4. Elektrostatisko lauku spriedzes superpozīcijas princips. No superpozīcijas principu, no tā izriet, ka spēks, kas rīkojas ar testa maksu no citiem maksājumiem, ir vienāda ar visu spēku ģeometrisko summu, kas atsevišķi darbojas uz maksu. Bet, ja tā, tad, tad spriedze elektrisko lauku, kas ir vienāds ar spēku attiecībām uz lielumu testa maksas, ir salocīti kā spēki.

Tādējādi elektrisko lauku gadatirgus superposition princips Turpmākajā redakcijā: iegūtā elektriskā lauka spriedze ir ģeometrisks (vektors), ko rada individuālie maksājumi;

E. = E. 1 + E. 2 + E. 3 + … (5.3)

Spriegojuma superpozīcijas principa izmantošana ļauj ievērojami atvieglot daudzu elektrostatikas uzdevumu risinājumu.

5.5. Elektriskā lauka stiprības vektora plūsma. Iedomājieties pozitīvu punktu pozitīvu maksu Q.Atrodas sfēriskās virsmas centrā 1 rādiuss r.. Šīs virsmas punktos elektriskā lauka spriedze Kopš kvadrātveida

sfēras virsmas S. = 4r. 2, tad tā darbs pie spriedzes elektriskā lauka nav atkarīga no neko citu kā uzlādi:

(5.4)

tāpēc raksturo elektrisko lauku kopumā. Šī vērtība tika nosaukta elektriskā lauka stiprības vektora plūsma.

Stroy plūsma caur koncentriskām sfēriskām virsmām 1 un 2 tas pats. Tā kā tas raksturo maksas lauku kopumā, ir nepieciešams, lai tas paliktu tāda pati patvaļīga slēgta virsma 3 . Bet par to sprieguma vektors vairs nav normāls virsmas elementam. Tāpēc, lai noteiktu vektora plūsmu E. Caur virsmas elementu, nevis šajā postenī, ir nepieciešams veikt platību tās projekcijas uz plaknes perpendikulāri vektoram E. . Mēs uzskatām, ka plūsma tiek uzskatīta par pozitīvu, ja sprieguma vektors nāk no slēgtās virsmas, un negatīva, ja tā nonāk tajā. Ja maksa ir ārpus slēgtās virsmas 4 , Spēka plūsma caur to ir nulle. Fakts ir tāds, ka plūsma moduļa iekšēji ieceļo reģionā ir vienāda ar izeju.

5.6. Gausa teorēma. Garīgi pārvietojiet maksu no sfēriskās virsmas centra līdz jebkurā vietā tajā. Protams, elektriskā lauka plūsmas vektora stiprums nemainīsies no tā, jo pēc paša definīcijas tas ir vienāds jebkurai slēgtai virsmai, kas apņem maksu. Šajā virsmā nav vienatnē, bet nedaudz vispārējā dažādu nodevu gadījumā. Par superpozīcijas principu, šo maksu elektriskie lauki neietekmē viens otru, tas nozīmē, ka katra maksājuma radītās plūsmas atsevišķi paliek nemainīgas. Iegūtā plūsma acīmredzami ir vienāda ar plūsmu daudzumu no visām maksājumiem.

Tas ir tas, kas tas ir teorēma Gaussa: Sprieguma vektora stiprums, izmantojot patvaļīgu slēgto virsmu, ir vienāda ar algebrisko summu, kas atrodas šajā virsmā, dalot ar elektrisko konstantu:

(5.5)

Ja algebriskā maksu apjoms slēgtā virsmā ir nulle, tad elektriskā lauka stiprības stiprums caur šo virsmu ir arī nulle. Tas ir saprotams, jo pozitīvās plūsmas virsmā ir pozitīva plūsma, un negatīvais - negatīvais modulis ir vienāds ar to.

5.7. Virsmas blīvuma maksa.Ja vadošā iestāde informē maksu, tas tiks sadalīts virs tās virsmas. Vispārējā gadījumā dažādas maksas būs uz virsmas sekcijas tajā pašā apgabalā. Maksas attiecība Q. Uz virsmas laukumu S.uz kuru tas tiek izplatīts, sauc par virsmas blīvuma maksa

Maksa virsmas blīvums ir izteikts Coulutes uz kvadrātmetru (CL / m 2).

5.8. Uzlādētās bumbas elektriskās lauka spriedze. Izmantojot Gauss Theorem, nav grūti noteikt spriedzi elektrisko lauku, ko rada uzlādētais vadošā bumba. Patiešām, ja rādiusā uz sfēras virsmas r. > R., kura centrs sakrīt ar centrālo bumbu, ir vienmērīgi sadalīta maksa Q., tad vektora plūsma E. caur sfērisku virsmu ar rādiusu r.Saskaņā ar Gauss Theorem, ir:

Tādējādi elektriskā lauka spriedze r attālumā no iekasētā sfēras centrā ir vienāds

(5.7)

Salīdzinot (5.7.) C (5.2), mēs secinām, ka uzlādētās bumbas elektriskās lauka spriegums ir vienāds ar tāda paša punkta uzlādes spriegumu, kas atrodas bumbu centrā.

5.9. Uzlādētās plaknes elektriskās lauka spriegums. Apsveriet bezgalīgu lidmašīnu, kas ir vienmērīgi uzlādēta ar maksas blīvumu. Šādas virsmas elektriskais lauks ir viendabīgi, un elektropārvades līnijas ir perpendikulāri virsmai. Lai atrastu lauka stiprumu, mēs izmantojam Gauss Theorem. Lai to izdarītu, mēs izveidojam slēgtu cilindrisku virsmu, kuras ass ir paralēla lauka elektroenerģijas līnijām un pamats S. Ir uz dažādām virsmas pusēm. Sprieguma stiprums caur cilindra sānu virsmu ir nulle, jo Elektroenerģijas līnijas nav krustojas. Tāpēc pilnīga spriedzes plūsma caur izvēlēto virsmu ir vienāda ar plūsmas daudzumu caur cilindra pamatni: N. = 2 Es.. Pilna maksa iekšpusē cilindra ir vienāds Q. = S.. Saskaņā ar Gauss teorēmu, Tādējādi elektriskā lauka spriedze

Tātad, uzlādes plaknes elektriskās lauka spriedze ir vienāda ar maksas blīvumu, kas sadalīts divkāršojās elektriskā konstante.

5.10. Vietākā paralēlo plakņu elektriskā lauka spriegums. Ļaujiet dažiem plaknes uzlādēt vienmērīgi ar maksas blīvumu. Ar paralēli šai plaknei, mēs novietosim otro, ar to pašu uzlādes blīvumu pretējās zīmes. Šajā gadījumā atrodiet elektriskā lauka spriegumu.

Katra lidmašīna izveido sprieguma lauku E "" \u003d / (2 0). Saskaņā ar superpozīcijas principu, iegūtā elektriskā lauka spriedze ir vienāda ar šo jomu sprieguma summu. Tā kā ir tāds pats virziens starp lauka sprieguma plaknēm, tad iegūto spriedzi E. = 2E "":

Tādēļ elektriskā lauka spriedze starp paralēlajām lidmašīnām, kas ir vienāds ar moduli, dažādi maksājumi ir vienādi ar vienas no plakanām virsmas blīvumu, kas sadalīta elektriskajā konstantā. Ārpus lidmašīnu sprieguma vektori ir vērsti pretstati, un, tā kā to moduļi ir vienādi, lauks parasti nav klāt. Lūdzu, ņemiet vērā, ka nav svarīgi, vai elektroenerģijas plakne tiek veikta vai nē.

Problēma. Vai ir kvantitatīvs novērtējums par sprieguma elektrisko lauku, ko rada maksas par elektrificētām iestādēm pieejama pieejamā eksperimentā?

Uzdevums. Izmantojot elektrostatisko dinamometru, izstrādājiet tehniku, lai ieviestu elektrisko lauka stiprumu jēdzienu un piedāvāt instrumentu spriedzes mērīšanai.

Izpildes iespēja. Pārbaudiet bumbu ziņojumu, lai noteikti pozitīvs. Uz elektrostatiskās dinamometra testa bumbu (skatīt 3.4. Pētījumu) arī piemēro kādu maksu. Ievadiet dinamometru uzlādētās bumbas elektriskajā laukā un paplašiniet, lai tās rādījumi kļūtu maksimāli. Tas nozīmē, ka elektrostatiskā dinamometra testa bumba atšķiras tajā pašā pusē, kur ir vērsts spēks, kas darbojas no tā no elektriskā lauka.

Pieskarieties izmēģinājuma bumbai ar vienu un to pašu neizpildīto bumbu un noņemiet to: testa maksa samazinās divas reizes, dinamometra rādījumi vienam un tam pašam attālumam līdz novērošanas punktam tiek samazināts arī divreiz.

Atkārtojot pieredzi ar dažādiem maksājumiem, pārliecinieties, ka stiprības attiecības f.izmēģinājums q., Uz šīs maksas lielumu šajā jomā ir nemainīgs, un, pārvietojoties no viena punkta uz citu, parasti runājot, mainās. Tas nozīmē, ka šīs attiecības var raksturot elektrisko lauku. Tas ieguva vārdu elektriskā lauka stiprums. Elektrostatiskās dinamometra skalu, kuru izmantojāt, lai izmērītu elektrostatiskās mijiedarbības spēku, var atdalīt spriedzes vienībās. Tad ir pieļaujams apsvērt šo ierīci sprieguma mērītājs elektriskais lauks. Izlaidums ir viegli ieviest N / CL vienībās, ja jūs iepriekš izmērīt testa maksas vērtību (sk. 3.6. Pētījumu).

Studentiem ir jāsaprot, kā tā pati ierīce ir kļuvusi par jaudas skaitītāju spriedzes mērītājā.

Pētījumi 5.2. Barošanas sprieguma atkarība no uzlādes bumbas rādiusa

Uzdevums.Izstrādāt demonstrācijas eksperimentu, kas var kalpot par pamatojumu pašu kapitāla Gauss teorēmu elektrostatiskajiem laukiem.

Izpildes iespēja.

Uzlādējiet uz dielektriskā statīva. Neliela izdevumu bumba. Lai tā pārvietotu elektrisko lauka stiprības skaitītāju, kura izmēģinājuma bumba ir vienāda ar maksas zīmi kā maksu, kas rada pētīto lauku. Atcerieties skaitītāju bultiņu novirzi.

Pirmā bumba ar maksu, lai samazinātu otro vadošo bumbu dobumā, kas ir ievērojami lielāks diametrs, kas uzstādīts uz dielektriskā statīva. Saistīt šo otro bumbu uz izmēģinājuma bumbu spriedzes mērītāja. Izrādās, ka tad, kad otrās bumbas centrs sakrīt ar punktu, kurā atradās pirmā bumba centrs, skaitītāja bultiņa novirza uz sākotnējo nodaļu skaitu.

No šejienes no tā izriet, ka neatkarīgi no uzlādes lodītes rādiusa vienādā attālumā no tās centra, elektriskā lauka spriegums ir tāds pats. Tādējādi Gauss Theorem saņēma apstiprinājumu demonstrācijas eksperimentā.

Ir skaidrs, ka Gausa teorēma ir vispārīgs un stingri runājot, nav vajadzīgi tādi pamati, piemēram, aplūkotie šeit. Bet B. didaktiskie mērķi Šāds pamatojums ir absolūti nepieciešams, jo tas veicina studentu apziņu par sarežģīto fiziskās teorijas paziņošanu ar objektīvu realitāti.

Pētījums 5.3. Elektrisko lauku superposition

Informāciju.Lai nodrošinātu elektrisko lauku superpozīcijas principa taisnīgumu, jums ir jāspēj noteikt ne tikai spēku moduļus, kas rīkojas, bet arī to virzieni. Dariet to ar elektrostatisko dinamometru neērti. Turklāt tas neļauj grafiski attēlot spēka vektoru. Ja uz pavedieniem pakārt viegli uzlādētu ķermeni, tad spēks darbojas uz tā elektriskais lauks, Var novērtēt organismu no līdzsvara stāvokļa. Bet, lai novērtētu šo novirzi, tas nebūs iespējams izmantot lineālu: tās pieeja uzlādētajai iestādei izraisa izmaiņas savā stāvoklī. Lai novērstu šīs grūtības, jūs varat integrēt uzlādēto ķermeni horizontālajā plaknē.

Uzdevums.Izstrādāt un īstenot eksperimentu, kas apliecina taisnīgumu par elektrisko lauku superpozīcijas principu.

Izpildes iespēja. Uz stikla cilindru maza gaismas spuldzes stick plānu pavedienu ar nedaudz vadošu bumbu maza rādiusu beigās. Piesakies izmēģinājuma maksu bumbai. Gaismas spuldze piestiprina virs papīra lapas un ieslēdziet to. Uz papīra numura lapas 0 Atzīmējiet novietojumu ēnā no bumbas, kas atrodas līdzsvara stāvoklī. Izmēģinājuma maksas vērtēšana Q. 1 un cipars 1 Atzīmējiet noraidītās bumbas ēnas pozīciju uz lapas. Noņemiet maksu Q. 1 un tā vietā, tuvu izmēģinājuma bumbu pozīciju Q. 2. Tajā pašā laikā bumbas ēna uzņems jaunu pozīciju 2 .

Atgriezt maksu Q. 1 sākotnējā stāvoklī. Tagad izmēģinājuma bumba atrodas laukā uzreiz diviem maksājumiem un atšķiras no līdzsvara stāvokļa, lai tās ēna ieņem amatu 3 . Analizējiet eksperimenta rezultātu. Acīmredzot, kad bumbu maiņās no līdzsvara stāvokļa, tā ēna tiek novirzīta pēc summas proporcionāla jauda, \u200b\u200bkas darbojas uz bumbu jaunajā līdzsvara stāvoklī (skat. 3.5. Pētījumu). Ar nelielām novirzēm no izmēģinājuma bumbu, šo spēku var uzskatīt par vienādu ar jaudu, kas darbojas uz bumbu sākotnējā stāvoklī. Segmentu ilgums Savienojuma punkts 0 Ar punktiem 1 , 2 un 3 proporcionāli atbilstošo spēku moduļiem. Savienojot norādītos vektorus, jūs atradīsiet, ka rezultātu spēku vektors, kas rīkojas ar testa maksu, ir aptuveni vienāds ar spēku vektoru summu, kas darbojas no katras maksas atsevišķi. Ir skaidrs, ka precīzi mērījumi, kas veikti ar lielākām ierīcēm, nevis tuvu, sniegs precīzu vienlīdzību.

Amazing vienotība dabas: spēki, ko rada elektriskie lauki ir salocīti tādā pašā veidā kā mehānisks! Bet, ja tā, tad, tad spriedze elektrisko lauku, kas ir vienāds ar spēku attiecībām uz lielumu testa maksas, ir salocīti kā spēki. Atstājot bumbiņas nekustīgus, mainiet savus maksājumus vienā un tajā pašā laikā (sk 2.6 punktu). Tajā pašā laikā jūs atradīsiet, ka rezultātā saspīlējuma virziens paliek nemainīgs.

Tādējādi ir eksperimentāli pamatoti elektrostatisko lauku superpozīcijas princips.

Pētījums 5.4. Sprieguma superpozīcijas principa demonstrēšana

Problēma. Individuālā pieredze, kas veikta iepriekšējā pētījuma rezultātā, nav pārliecināts, ka elektrostatisko lauku sprieguma superpozīcijas princips visā klasē ir tieši nodarbībā. Kā atrisināt šo problēmu?

Uzdevums. Ņemot vērā CODECOPE spējas, izstrādājiet eksperimenta demonstrējumu versiju, pamatojot superpozīcijas principa un metodoloģiju, lai to veiktu stundā.

Izpildes iespēja. No bieza alumīnija stieples izolācijā apiet īpašu statīvu apmēram 30 cm augstumu un ielieciet to uz kodeskopa kondensatoru. Uz statīva augšējo galu sasiet plānas neilona pavediena galu ar apmēram 20 cm garumu. Vītnes apakšējā galā piestipriniet bumbu ar diametru apmēram 3 mm no plānas alumīnija folijas. Codoskopa kondensatorā uz 10 cm augsta plauktiem, kas izgatavoti no polietilēna caurulēm, ievietojiet putu bumbiņas ar diametru 15-20 mm, iesaiņots plānā folijā. Plauktu bāzes ir labāk izgatavotas no caurspīdīga plexiglass.

Noņemiet plauktus no kondensatora ar bumbiņām, ieslēdziet kodeku un uz tāfeles. Iegūstiet izmēģinājuma bumbas attēlu, kas piekārts uz pavediena. Viena maksa iekasē testa bumbu un divas bumbiņas uz plauktiem. Uz krīta kuģa, atzīmējiet stāvokli izmēģinājuma bumbu. Ievietojiet vienu no iekasētajām bumbiņām uz kondensatora, atzīmējiet izmēģinājuma bumbas stāvokli un pozīciju. Noņemiet pirmo uzlādēto bumbu un patvaļīgu vietu. Ievietojiet otro, atzīmējot jauno izmēģinājuma bumbas vietu uz kuģa. Atgrieziet pirmo bumbu sākotnējā pozīcijā, atzīmējiet izmēģinājuma bumbu, krītu uz kuģa esošo pozīciju. Zīmējiet atbilstošos vektora spēkus un piedāvājiet studentiem secināt no pierādītās pieredzes.

5.5. Pētījums. Blīvuma maksa uz vadītāja virsmas

Uzdevums.Pierādiet, ka blīvums maksas uz vada virsmas, parasti runājot, ir atšķirīgs.

Izpildes iespēja. Uzlādējiet cilindrisku mediju diriģentu ar edxcine un konisko padziļināšanu uz izolācijas stenda. Izmēģinājuma bumba uz izolācijas roktura, iepriekš iezemēts, pieskarieties cylindrical virsmu vadītāja un novietojiet to iekšpusē dobās bumbiņas savienots ar elektrometru. Ja bultiņas novirzes leņķis vairākas reizes atkārtojiet maksas maksu. Atcerieties elektrometru lasījumus, izlādējiet to un izmēģinājuma bumbu. Mēģiniet noņemt maksu no koniskā padziļinājuma virsmas vadītāja, un jūs pārliecināties, ka tas ir praktiski nav klāt tur. Atkārtojiet pieredzi, pieskaroties izmēģinājuma bumbai tagad virsmas punkti, kas atrodas diriģenta malā. Šajā gadījumā elektrometra bultiņas novirzes leņķis būs daudz lielāks nekā pirmajā eksperimentā. Kopš vecākā, izmēģinājuma bumba tiek iekasēta lielāka vērtība, tad šajā jomā blīvums uzlādes sadalījuma pār virsmas vadītājs ir lielāks.

Uzlādējiet metāla disku, kas noteikta izolācijas rokturim statīvā. Pēc eksperimentiem, kas ir līdzīgi aprakstītajiem, liecina, ka uzlādes blīvums visos punktos plakanā virsma diska prom no tās malas ir tas pats, un uz malas palielinās.

Uzdevums. Ievietojiet pieredzi, kas liecina, ka elektriskā lauka spriegums pie uzlādes diriģenta ir atkarīga no maksas virsmas blīvuma.

Izpildes iespēja. Netālu no kompleksa veidlapas vadītāja, ir elektrostatiskais dinamometrs un pārvieto to tā, lai attālums līdz vadītāja virsmai paliek nemainīgs, un spēks darbojās uz dinamometra bumbu uz parastās virsmas. Pieredze ir jāpierāda, ka tur, kur uz vada virsmas, uzlādes blīvums ir lielāks, netālu no šīs virsmas ir lielāks par elektrisko lauka stiprumu (skat. 5.5. Pētījumu). Analizējiet iegūtos rezultātus un veikt atbilstošus secinājumus.

Pētījums 5.7. Elektriskais lauks pie uzlādētajām lidmašīnām

Uzdevums. Tiešais eksperiments apstiprina, ka vienmērīgi uzlādētā lidmašīna dod elektrisko lauku abās pusēs, un divas paralēlas lidmašīnas, kas pārvadā vienādus pretējus rakstzīmju maksājumus, rada elektrisko lauku tikai starp tām.

Izpildes iespēja.Uz pavedieniem, kas ir jutīgi divi no tiem pašiem iesaiņotajiem alumīnija folijas bumbiņām, lai tie pieskartos metāla disku no pretējās puses. Uzlādējiet disku no pjezoelektriskā vai cita avota. Tajā pašā laikā bumbiņas aiziet no diska vienādos attālumos, norādot, ka elektriskā lauks pastāv abās uzlādes diska pusēs.

Tieši tāda pati diska maksa ir vienāda ar moduli un pretējo ar maksas zīmi. Pakāpeniski atnesiet otro disku uz pirmo, lai tie paliktu paralēli. Jūs pamanīsiet, ka no disku, kas atrodas ārpus disku novirze, un starp diskiem - palielinās. Visbeidzot, pirmā bumba pieskaras diska, parādot, ka lauks ārpus diskiem ir gandrīz pazudis, un otrā bumba ir novirzīta ar leņķi, apmēram divas reizes lielāks nekā oriģināls.

Pētījums 5.8. Precīzs Kulona likuma apstiprinājums

Informāciju.

Dielektriskajā plauktā nostipriniet metāla bumbu un noslēdziet to starp diviem vadošiem spilveriem, no kuriem viens ir caurums. Caur caurumu vadītāja uz izolētu pavedienu. Pievienojiet balonu ar spilveriem. Maksas puslodes. Lai pavediens noņemtu diriģentu. Izspiež bumbu un puslodes, divertīzes uz zolēm, novadiet tos un savienot jutīgu elektronu uz bumbu: jūs neatradīsiet nekādu maksu par bumbu. Tātad, eksperiments atkal parādās, ka vadītājam nav maksas pārējā diriģents.

Tas ir taisnība, jo Kulona likums ir godīgs. Patiešām, vadošā vienveidīgi iekasētā sfērā izvēlieties patvaļīgu punktu Bet un vertikālie konusi, kas sagriezti uz platformas S. 1 I. S. 2. No ģeometrijas tas ir zināms, ka Taču šīm vietnēm ir jāmaksā proporcionāla to vērtībām: mazās vietnes rada punktā Bet Spriedzes lauki un kuru attieksme

Tātad, tā kā jebkura līdzīgu platformu pāru radīto jomu spriedze ir vienāda ar moduli un pretstati vērsta, no tā izrietošais lauka spriegums, kas izveidots punktā Bet Visai uzlādētajai sfērai jābūt nullei.

Tas parāda eksperimentu. Ja pie pieredzes tika konstatēts vismaz vāja maksa par iekšējo bumbu, tas būtu nepareiza formula, lai intensitāte punktu uzlādes lauka (5.2), un tāpēc, likumā Coulon (3.1), vara mijiedarbība starp maksām nebūtu jāmazgā proporcionāla attāluma kvadrātmetram. Tā kā maksājumu var izmērīt ar daudz augstāku precizitāti nekā mijiedarbības spēks starp maksājumiem, un no Culon likuma izriet, ka lauks ķermeņa iekšpusē trūkst neatkarīgi no tā formas, eksperiments, kas tika uzskatīts pareizi pierāda Kulon likuma tiesiskumu nekā iepriekš aprakstītie eksperimenti.

Uzdevums.Izstrādāt un ievietot pieejamo versiju eksperimenta, ar maksimālu pārliecību, kas liecina, ka nav elektriskā lauka iekšpusē iekasētā dobā diriģents.

Izpildes iespēja.Lai atklātu elektrisko lauku, varat izmantot elektrostatiskās indukcijas parādību. Mēs iepazīstinām ar divām kontaktiem vadošām struktūrām uz rokturiem šajā jomā. Viņi saņems maksas pārdali. Bez noņemšanas no lauka atvienojiet šīs struktūras - tie paliks pretējo rakstzīmju apsūdzības. Šos maksājumus var izmērīt ar elektrometru ārpus pētījuma lauka.

Eksperimentu var piegādāt. Uz dielektriskā statīva nostipriniet dobu metāla bumbu. Vadītājs labā izolācijā savienojiet to ar vienu no elektrofore mašīnas vadītāja. Uz bumbu ielieciet otru diriģentu un ieviest mašīnu darbībā. Tajā pašā laikā būs jaudīga aizdedzes izplūdes līdz 10 cm garš. Uzmanīgi ievadiet tās pašas metāla plāksnes uz rokturiem no plexiglass. Ievietojiet plāksnes kontaktā, pēc tam atvienojiet, viegli izkļūstiet no bumbas bļodas un pārvēršas par elektroniskās istabas bumbu. Jūs atradīsiet, ka uz plāksnēm nav maksas! Tas nozīmē, ka vadošā bumbā nav elektriskā lauka, neskatoties uz to, ka bumba kopumā ir nozīmīga maksa, kas to ziņo ar operatīvo elektroforu mašīnu. Atkārtojiet pieredzi, pieskaroties testa bumbai no iekasētā bumbas metāla iekšpuses, - atkal neatradīsiet nekādu maksu. Tādējādi visa elektriskā lādiņa ir koncentrēta uz virsmas vadošā ķermeņa. Šo rezultātu izskaidro fakts, ka Kulona likums ir godīgs. Savukārt šis eksperimentālais fakts ar augstu precizitāti apstiprina Kulon likuma taisnīgumu.

Jautājumi pašpārvaldei

1. Kāda ir elektriskās jomas stiprības koncepcijas ieviešanas un veidošanas metodes būtība?

2. Salīdziniet elektrostruktūras veidošanas metodi ar dipolu ar elektrostatiskās jomas vizualizāciju ar nelielu pulveri, kas apturēta šķidrā dielektriskajā.

3. Izklāstiet demonstrācijas metodoloģiju elektrostatisko lauku superpozīcijas principa mācībās.

4. Kādu eksperimentu var apstiprināt ar Gausa teorēmas tiesu?

5. Kā atkarīgs blīvums maksas un sprieguma elektriskā lauka no formas diriģenta?

6. Piedāvāt demonstrācijas pieredzi, tieši parādot atkarību no cieņu blīvuma no diriģenta zonas.

7. Kāda ir pieredzes didaktiskā vērtība, atklājot elektrisko lauku tuvu vienam un diviem paralēliem uzlādētiem vadošām plāksnēm?

8. Vai man ir jāapsver Culon likuma precīzas apstiprināšanas metode?

Literatūra

Butikov e.i., Kondratjevs A.S. Fizika: studijas. Manuālā: 3-kn. Kn. 2. Elektrodinamika. Optika. - M.: Fizmatlit, 2004.

Demonstrācijas eksperiments fizikā vidusskolas pakāpēs: T. 2. Elektroenerģija. Optika. Atom Fizika: Ed. A.A. Pokrovsky. - M.: Apgaismība, 1972.

Kabardin O.F., Orlov V.a., Eventer E.E.. Fizika: studijas. 10 cl. shk. un cl. ar oglēm Pētniecība. Fizika: Ed. A.A.Pinsky. - m.: Apgaismība, 1997.

Izglītības iekārtas vispārējās izglītības iestāžu fizikas skapju: ed. G.g.nikorovs. - M.: Drop, 2005. (cm. Arī "Fizika" ("PS") Nr. 10/2005; Nr. 4/2007.)

Mēs definējam vienkāršas veidlapas elektriskās lauku spriegumu: bļoda un plakne. Par sfēriskā forma Viņiem ir daudzas struktūras dabā un tehnoloģijās: atomu kodoli, lietus pilieni, planētas, utt. Plakanas virsmas arī bieži atrodamas. Turklāt neliela daļa no jebkuras virsmas var būt aptuveni uzskatāma par plakanu.

Bļodas lauks. Apsveriet, ka iekasētā bumba ar rādiusa uzlādi ir vienmērīgi sadalīta virs bumbas virsmas. Elektriskā lauka elektroenerģijas līnijas, kā plūst no simetrijas apsvērumiem, ir vērsti pa bumbas rādiusa turpināšanos (112. att.).

Lūdzu, ņemiet vērā: elektropārvades līnijas ārpus bumbas tiek izplatītas telpā tādā pašā veidā kā elektroenerģijas līnijas punktu maksas (113. att.). Ja jaudas līniju modeļi sakrīt, tad mēs varam sagaidīt, ka lauka stiprās puses sakrīt. Tāpēc attālumā no bumbas centra lauka stiprums

nosaka ar tādu pašu formulu (8.11), jo intensitāte lauka punktu maksas, kas novietots centrā sfēras:

Šis rezultāts arī noved pie stingriem aprēķiniem.

Vadošās bumbas iekšpusē lauka stiprums ir nulle.

Plaknes laukums. Izplatīšana elektriskais lādiņš Uz virsmas uzlādētās iestādes raksturo īpaša vērtība - virsmas blīvums maksas. Virsmas blīvums ir saukta par attiecību maksas uz virsmas laukumu, saskaņā ar kuru tas tiek izplatīts. Ja maksa ir vienmērīgi sadalīta virs virsmas, kura platība ir 5, tad

Nosaukuma vienība virsmas blīvums Maksa

Simetrijas apsvērumiem ir acīmredzams, ka bezgalīgas uzlādes plaknes elektriskās joma ir taisnas, perpendikulāri lidmašīnas (114. att.). Lauks bezgalīga plakne - viendabīga lauka, ti. visos kosmosa punktos, neatkarīgi no attāluma līdz plakanajam kaulam, lauka stiprums ir tāds pats. To nosaka virspusējais maksas blīvums.

Lai atrastu atkarību no lauka izturības no virsmas blīvuma maksas, jūs varat izmantot bieži izmantoto metodi fizikā, pamatojoties uz zināšanām par vārdiem fiziskie daudzumi. Elektriskā lauka stipruma vienībai ir nosaukums virsmas blīvuma maksas

Lai iegūtu pareizo nosaukumu lauka spēka, mums ir jāpieņem, ka

\u003e\u003e Fizika: elektriskā lauka elektropārvades līnijas. Uzlādētās bļodas sprieguma lauks

Elektriskais lauks neietekmē sajūtas. Mēs viņu neredzam.
Tomēr mēs varam iegūt kādu ideju par lauka izplatīšanu, ja jūs zīmējat lauka stiprības vektorus vairākos kosmosa punktos ( 14.9.pa kreisi). Attēls būs vairāk vizuāls, ja jūs izdarīt nepārtrauktas līnijas, kas katrā vietā, caur kuru viņi iet, sakrīt virzienā spriedzes vektoriem. Šīs līnijas sauc elektriskās lauka vai intensitātes līniju elektroenerģijas līnijas (14.9., pa labi).

Elektroenerģijas līniju virziens ļauj noteikt sprieguma vektora virzienu dažādos lauka punktos, un biezums (līniju skaits uz vienības platību), kurās ir lielāks lauka stiprums. Tātad, skaitļos 14.10-14.13 delikāts elektropārvades līnijas punktos Betvairāk nekā punktos Iebildums. Acīmredzami .
Nevajadzētu uzskatīt, ka intensitātes līnijas pastāv realitātē, piemēram, izstiepti elastīgie pavedieni vai auklas, kā faradays pieņemts. Spriegošanas līnijas palīdz tikai vizualizēt lauka izplatīšanu kosmosā. Tie nav reālāki par meridiāniem un paralēliem globuss.
Tomēr elektropārvades līnijas var būt redzamas. Ja izolatora iegarenie kristāli (piemēram, hinīnā) labi samaisa viskozā šķidrumā (piemēram, Rīkā eļļā) un ielieciet uzlādētos ķermeņus tur, tad kristāliskās korpusus tuvu ķēdēm gar sprieguma līnijām.
Skaitļi sniedz piemērus spriedzes līnijām: pozitīvi uzlādēta bumba (skatīt 14.10); Divas dažādas uzlādētas bumbiņas (skatīt 14.11); Divas uzlādes bumbiņas vienlaicīgi (skatīt 14.12); divas plāksnes, kuru maksas ir vienādas ar moduli un ir pretēji zīmei (skatīt 14.13). Pēdējais piemērs Īpaši 14.13. Attēlā redzams, ka telpā starp plāksnēm tuvāk vidū elektropārvades līniju paralēli: elektriskais lauks šeit ir vienāds visos punktos.

Elektriskais lauks, kura spriedze ir vienāda visos telpās, ko sauc par vienveidīgs. Ierobežotā telpā, elektrisko lauku var uzskatīt par aptuveni viendabīgu, ja lauka stiprums šajā jomā nedaudz mainās.
Viendabīgu elektrisko lauku attēlo paralēlas līnijas, kas atrodas vienādos attālumos viens no otra.
Elektriskā lauka elektroenerģijas līnijas nav aizvērtas, tās sākas pozitīvas maksas Un beidzas ar negatīvu. Elektroapgādes līnijas ir nepārtrauktas un nav krustojas, jo krustojums nozīmētu, ka šajā brīdī nav noteikta elektriskā lauka stipruma virziena trūkums.
Uzlādēta bļoda lauks. Apsveriet tagad jautājumu par uzlādes vadošā bumbas elektrisko lauku ar rādiusu R.. Maksa q. Tikpat izplatīts virs bumbas virsmas. Elektroenerģijas līnijas, jo simetrija izriet no apsvērumiem, ir vērsti pa lodīšu rādiusu turpinājumiem ( 14.14., A.).

Piezīme! Spēks Līnijas ārpus bumbas tiek izplatītas telpā tādā pašā veidā, kā elektroenerģijas līnijas punktu maksas ( 14.14. Lpp., B.). Ja jaudas līniju modeļi sakrīt, tad mēs varam sagaidīt, ka lauka stiprās puses sakrīt. Tāpēc attālumā r\u003e R. No centra bumbu, lauka stiprumu nosaka ar tādu pašu formulu (14.9), jo intensitāte punktu maksas laukā, kas atrodas centrā sfēras:

Iekšpusē vadošā bumba (r. ) Lauka stiprums ir nulle. Šajā laikā mēs drīz būs pārliecināti. 14.14. Attēlā tiek parādīts uzlādētās vadošā bumbas elektriskās lauka stiprības atkarība no attāluma līdz tā centram.
Elektroapgādes līniju modelis skaidri parāda, kā elektriskā lauka stiprums ir vērsts uz dažādiem kosmosa punktiem. Mainot līnijas līnijas, jūs varat spriest izmaiņas lauka stipruma modulī, pārvietojoties no punkta uz punktu.

???
1. Ko sauc par elektriskās jomas elektropārvades līnijām?
2. Visos gadījumos uzlādes daļiņu trajektorija sakrīt ar strāvas līniju?
3. Vai elektropārvades līnijas var krustoties?
4. Kāda ir lādētās vadošās bumbas lauka spriedze?

G. Y. Mikishev, B.B. BUKHOVTSEV, N.N.SOTKY, fizika 10

Nodarbības dizains Abstrakts nodarbība Atsauces rāmja prezentācijas nodarbību paātrinājuma metodes Interaktīvās tehnoloģijas Prakse Uzdevumi un vingrinājumi pašpārbaudes darbnīcu, apmācības, lietas, quests mājas uzdevumi Diskusija rada retoriskos jautājumus no studentiem Ilustrācijas Audio, videoklipi un multimedija Fotogrāfijas, attēli, galdi, humora shēmas, joki, joki, komiksi, sakāmvārdi, teicieni, krustvārdu mīklas, citāti Papildinājumi Kopsavilkums Raksti mikroshēmas ziņkārīgiem krāpnieciskām loksnēm mācību grāmatas pamata un papildu globusi citi noteikumi Uzlabot mācību grāmatas un nodarbības Fiksēšanas kļūdas mācību grāmatā Atjaunināšana fragments mācību grāmatā. Inovācijas elementi nodarbībās, aizstājot novecojušas zināšanas Tikai skolotājiem Ideālas nodarbības Kalendāra plāns par gada metodisko ieteikumu diskusiju programmas Integrētās nodarbības

Ja jums ir labojumi vai ieteikumi par šo stundu,