ВУЗы по физике Готовые работы по физике Как писать работы по физике Примеры решения задач по физике Решить задачу по физике онлайн

методичка по электромагнетизму


ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО ФИЗИКЕ

Раздел

«ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ»

(ОПИСАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ)

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ВСЕХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

ВВЕДЕНИЕ

Предлагаемое методическое пособие включает лабораторные работы, в которых изучаются свойства (в основном по отдельности) электрических (работы Э.1 и Э.2) и магнитных полей (работы Э.3, Э.5 Э.7) 1. Такое (обеспечиваемое стационарностью условий) раздельное рассмотрение позволяет сосредоточиться на специфических особенностях каждого из этих полей 2.

В частности, разнообразие геометрической структуры электростатических (и не только!) полей, обусловленное разнообразием возможностей распределения их источников (точечный заряд, диполь, заряженная плоскость и т. д.) изучается в Э.1. Электрические характеристики диэлектрических сред, их измерение с помощью полей, обусловленных устройствами из проводников (конденсаторов), — это вопросы, разбираемые в Э.2.

Большинство лабораторных экспериментов связано с магнитными полями. Это и измерение геомагнитного поля (Э.3), и основанное на измерениях сопоставление полей, создаваемых соленоидом и короткой катушкой (Э.5), и взаимодействие таких полей в рамках механизма взаимной индукции (Э.6), и, наконец, ознакомление с нелинейными полями и явлением гистерезиса ферромагнетиков (Э.7).

Отдельно следует сказать о лабораторной работе Э.4, в которой определяется удельный заряд электрона. Движение электрона происходит в устройстве, называемом магнетроном, под одновременным воздействием электрического и (ортогонального ему) магнитного полей. Измерения в этой работе требуют особой аккуратности для получения правдоподобной зависимости анодного тока от тока в соленоиде, от которой зависят результаты эксперимента.

_____________________

1Лабораторные работы, посвященные изучению электромагнитных полей и волн, составляют содержание самостоятельного методического пособия.

2 Заметим, что по-своему эти поля разделила и природа: так, электрическое поле описывается полярными (истинными) векторами Е и D, а магнитное поле — аксиальными (псевдо-) векторами Н и В.

Лабораторная работа Э.1

МОДЕЛИРОВАНИЕ

СТАЦИОНАРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Цель работы

Построение эквипотенциальных и силовых линий для различных электрических полей (однородного поля, поля диполя и др.).

Теоретическое введение

Электрическое поле считается полностью охарактеризованным, если в каждой точке пространства известен вектор электрической напряженности . Напряженность в точке с радиус-вектором — это «сила», которая действует на единичный положительный заряд, находящийся в этой точке. Силовой ли­нией электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой ее точке совпадает по направлению с вектором . Силовые линии применяют для графического изображения электрических полей. Если в каждой точке напряженность остает­ся неизменной во времени, то электрическое поле называется стацио­нарным. Стационарное электрическое поле потенциально. Это означает, что работа по перемещению любого заряда в таком по­ле не зависит от траектории, по которой осуществляется это пере­мещение, а определяется только положениями начальной и конечной точек траектории. Поэтому стационарное электрическое поле можно описывать не только с помощью вектора напряженности, но и посредством скалярной величины — потенциала . Потенциал в точке с радиус-вектором численно равен работе, которую требуется совершить, чтобы переместить единичный положительный заряд из бесконеч­ности в эту точку. (При этом предполагается, что поле создается ограниченной в пространстве системой зарядов и потенциал на бесконечности равен нулю). По сути дела, потенциал — это потенциальная энергия, которой обладал бы единичный положительный за­ряд, если бы он оказался в точке . Зная потенциал во всех точках поля, легко найти и напряженность поля. Она равна градиенту потенциала, взятому с об­ратным знаком:

. (1)

Градиент скалярной функции в данной точке пространства есть вектор, декартовы компоненты которого суть частные производные этой функции (со знаком «») по соответствующим декартовым координатам, вычисленные в выбранной точке. То есть

(2)

Эквипотенциальной поверхностью в электрическом поле называется поверхность, все точки которой имеют одинаковое значение потенциала. Силовые линии электрического поля могут пересекать эквипотенциальные поверхности только под прямым углом. Рассмотрим скалярное произведение Если вектор лежит в плоскости, касательной к эквипотенциальной поверхности, то приращение потенциала равно нулю. Следовательно, электрическое поле перпендикулярно к эквипотенциальной поверхности. Простая формула

(3)

важна для расчета разности потенциалов.

Примеры некоторых конфигураций

электрических полей

а) Однородное поле

Если в некоторой области пространства вектор напряженности электрического поля остается постоянным, т. е. имеет неизменное направление и абсолютную величину, то говорят, что в этой области пространства электрическое поле однородно. В однородном поле связь между напряженностью поля и потенциалом упрощается, приобретая, как следует из (3), вид

Рис. 1 , (4)

где — разность потенциалов между любыми двумя эквипотенци-альными плоскостями, а — расстояние между ними.

Примером однородного электрического поля служит поле внутри плоского конденсатора (т. е. между двумя близко расположенными параллельными проводящими пластинами, несу­щими равные по модулю, разноименные заряды). Сказанное иллюстрирует рис. 1.

б) Поле диполя

Точечный электрический диполь — это система 2-х одинаковых по величине, но разных по знаку, точечных зарядов, расстояние l между которыми значительно меньше расстояния от зарядов до точки наблюдения, где определяется поле системы. Вектор проводится от отрицательного к положительному заряду (см. рис. 2). Так же ориентирован и электрический дипольный момент, который, по определению, равен . Чтобы составить представ-ление о конфигурации поля диполя, учтем, что картина силовых линий обладает осевой симметрией. Это позволяет ограничиться изображением поля в любой плоскости, содержащей вектор . Соответствующее изображение дано на рис. 3, содержащем силовые (сплошные) и эквипотенциальные (пунктир) линии.

Наташа

Автор

Наташа — контент-маркетолог и блогер, но все это не мешает ей оставаться адекватным человеком. Верит во все цвета радуги и не верит в теорию всемирного заговора. Увлекается «нефрохиромантией» и тайно мечтает воссоздать дома Александрийскую библиотеку.

Другие статьи


Похожая информация


Распродажа дипломных

Скидка 30% по промокоду Diplom2020

А ты боишься COVID-19?

Пройди опрос и получи промокод