Исследование поля диполя

Эксперимент 2. Исследование поля диполя

1. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора величины второго заряда диполя ( q3 ) и зафиксируйте значение заряда, указан-

ное в таблице 2.1 для вашей бригады, изменив знак на противополож-ный.

2.  Переместите заряд q3 так, чтобы электрический момент дипо-ля был вертикальным, а плечо диполя ( L r13 ) было равно 10 см.

3.  Перемещайте мышью заряд q2 по линии, перпендикулярной

оси диполя (горизонтально), удерживая левую кнопку мыши. На рас-

4. Повторите измерения для трёх других значений зарядов q1 (и q3 ) из таблицы 1, записывая в таблицу 2.3 значения E2 , E3 и E4 .

16

Обработка данных и анализ результатов

1.  Вычислите и запишите в таблицы 2.2 и 2.3 значения для вто-рой строки.

2.  Постройте на одном листе графики зависимости напряжённо-сти электрического поля E точечного заряда от квадрата об-ратного расстояния r12 .

3.  Постройте на втором листе графики зависимости напряжён —

ности поля E на оси диполя от куба обратного расстояния

( r13 ).

4.  По тангенсу угла наклона графиков на каждом из двух листов определите электрическую постоянную, используя формулы

(для больших r ).

5.  Вычислите среднее значение электрической постоянной.

6.  Запишите ответы и проанализируйте ответ и график.

Контрольные вопросы

1.  Что такое электрическое поле, источники электрического поля?

2.  Перечислите и разъясните основные свойства заряда.

3.  Какая сила действует между зарядами?

4.  Дайте определение линии напряжённости электрического поля.

5.  Запишите закон Кулона.

6.  Запишите формулу для напряжённости поля точечного заряда.

7.  Сформулируйте принцип суперпозиции для электрического поля.

8.  Дайте определение потока электрического поля.

9.  Сформулируйте и запишите закон Гаусса для электрического поля.

10.  Что такое электрический диполь?

11.  Запишите и разъясните формулу дипольного (электрическо-го) момента.

12.  Сформулируйте и запишите формулу для электрического по-ля на оси диполя.

17

13.  Что такое магнитный момент витка с током?

14.  Какую форму имеет линия поля, проходящая через центр ди-поля?

15.  Что такое потенциал электрического поля и для чего он ис-пользуется?

16.  Что такое градиент?

Лабораторная работа № 3 ЗАКОНЫ ОМА И КИРХГОФА ДЛЯ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Запустите программу. Выберите «Электричество и магнетизм» и «Цепи постоянного тока». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы.

Цель работы:

знакомство с компьютерным моделированием цепей постоян-ного тока;

экспериментальное подтверждение законов Ома и Кирхгофа.

Краткие сведения из теории

Силы тока, по определению, это заряд, перенесённый за едини-цу времени, т. е.:

I dqdt .

Закон Ома для участка цепи: величина (сила) тока, текущего по однородному (в смысле отсутствия сторонних сил) металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике:

I R1 U ,

где R – сопротивление проводника.

Резистором называется устройство, обладающее заданным по-стоянным сопротивлением.

Напряжение на резисторе U R IR .

18

Закон Ома для неоднородного участка цепи:

I 1 2 E12 ,

R

где 1 и 2 – потенциалы концов участка;

E12 – ЭДС, действующая на данном участке цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи:

I ER ,

где E – суммарная ЭДС, действующая в цепи;

R – суммарное сопротивление всей цепи.

Разветвлённой цепью называется электрическая цепь, имеющая узлы. Узлом называется точка, в которой сходится более чем два про-водника. Ток, текущий к узлу, принято считать положительным, а ток, текущий от узла, – отрицательным.

Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходя-щихся в узле, равна нулю Ik 0 .

Второе правило Кирхгофа: в каждом из замкнутых контуров, которые можно мысленно выделить в данной разветвлённой цепи, ал-гебраическая сумма падений напряжения равна алгебраической сумме ЭДС:

Ik Rk Ek .

При анализе разветвлённой цепи следует обозначать с одним индексом ток, протекающий по всем последовательно соединённым элементам от одного узла до другого. Направление каждого тока вы-бирается произвольно.

При составлении уравнений второго правила Кирхгофа токам и ЭДС нужно приписывать знаки в соответствии с выбранным (как вам удобно) направлением обхода:

1.  Ток принято считать положительным, если он совпадает с на-правлением обхода, и отрицательным, если он направлен против это-го направления;

2.  ЭДС считается положительной, если её действие (создавае-мый ею ток) совпадает с направлением обхода.

Количество уравнений первого правила Кирхгофа должно быть на одно меньше количества узлов в данной цепи. Количество незави-симых уравнений второго правила Кирхгофа должно быть таким, чтобы общее количество уравнений оказалось равным количеству различных токов. Каждый новый контур при этом должен содержать хотя бы один участок цепи, не вошедший в уже рассмотренные кон-туры.

19

Методика и порядок измерений

В данной лабораторной работе исследуется модель простейшей разветвлённой электрической цепи, состоящей из трёх источников ЭДС, подключённых параллельно к одному резистору (нагрузке).

Внимательно рассмотрите рисунок 3.1, найдите все регуляторы и другие основные элементы и зарисуйте их в конспект.

Рис. 3.1. Разветвлённая электрическая цепь

Нарисуйте в конспекте эквивалентную схему цепи, распологая источники один под другим и учитывая наличие внутреннего сопро-тивления у каждого источника. Укажите знаки ЭДС, направления то-ков в каждом участке и направления обхода каждого замкнутого кон-тура. Составьте систему уравнений для нахождения токов в каждом участке.