Iov 22
22k Lab
Cercetarea câmpurilor electrostatice folosind baie elektrolicheskoy
Principalele caracteristici ale câmpului electrostatic.
Câmpul electrostatic - este un domeniu prin care trenurile interacționează taxele fixe. Pentru studiile de detectare și de testare pe teren a introdus taxa de concept. Test de încărcare - o taxa de punct pozitiv nu denaturează câmpul de testare (taxa punct - această taxă este centrată pe corp, dimensiunea care poate fi neglijată în comparație cu distanțele până la alte zapryadov). Pe testul de încărcare Q 0. introdus în câmpul electric produs de o taxa de punctul Q. Coulomb acte de forță:
în care - vectorul extras din taxa Q la taxa Q 0. Raportul este independent de taxa introdusă Q 0. și anume Este o caracteristică a câmpului în sine.
Aici câmpul electric este un câmp de forță caracteristic vectorial și numeric egală cu forța cu care câmpul acționează asupra taxei de testare unitate, introdusă într-un punct dat al câmpului:
Rezistența unitară este de 1 N / Cl - este tensiune câmp electrostatic astfel încât încărcătura de 1 C pentru a exercita o forță de 1 N. Tensiunea este de asemenea exprimat în V / m.
Pentru imagini grafice folosind linie electrostatic vector intensitate a câmpului (linia de putere). Aceste linii sunt desenate astfel încât tangentele la acesta, la fiecare punct al câmpului coincide cu direcția de tensiune la acest punct. Liniile electrice nu se intersectează și direcționată de la pozitiv la sarcina negativa. Conform densitatea liniilor de forță poate fi evaluată pe baza valorii tensiunii. Am fost de acord să presupunem că tensiunea în punctul dat în spațiu este egal cu numărul de linii de tensiune, care traversează o unitate de suprafață livrată perpendicular pe liniile de tensiune. Câmpul este uniform, în cazul în care la toate punctele din spațiu este același.
În cazul în care câmpul este produs printr-un sistem de taxe, forța ce acționează pe o sarcină de încercare, introdusă în acest punct câmp este egal cu suma geometrică a forțelor care acționează asupra unei sarcini de testare de la fiecare punct de încărcare separat. Prin urmare, intensitatea la un moment dat al câmpului este egal cu:
Acest raport exprimă principiul suprapunerii câmpurilor. intensitatea câmpului rezultant produs de sistemul de taxe, este egală cu suma geometrică a intensitatea câmpului generat la un moment dat în fiecare încărcare separat.
Noi introducem conceptul unui vector de curgere a câmpului electric. Pune în câmpul electric al zonei un dS elementare. în care câmpul poate fi considerat omogen. Orientarea acestei zone în spațiul definit de versorul normal. Vectorul normal de unitate poate fi construită în două direcții opuse. Una dintre ele se presupune în mod convențional ca fiind pozitiv în această direcție și este ținută normală. În cazul unei suprafețe închise luate normale pentru a scoate zona acoperită de această suprafață. Apoi, vectorul - numeric egal cu dS. și direcția sa coincide cu direcția normală.
Fluxul de electrice Ds vectorului câmp prin suprafața se numește produsul scalar al vectorilor:
unde - unghiul dintre vectorii și. proiecția vectorului pe direcția normală.
Curgerea vector prin orice suprafață S.
Flux de valoare algebric, dacă unghiul - acută, atunci; în cazul în care unghiul - bont, atunci.
Teorema Gauss pentru intensitatea câmpului electrostatic:
Hraneste vector câmp electric printr-un arbitrar închis roti egală cu suma algebrică a tuturor zaradi dispuse în interiorul suprafeței divizate prin:
În cazul în care câmpul electric E0. sarcini libere generate, loc un izolator, acesta este polarizat pe suprafața de încărcare apare decompensat cu densitate de suprafață. taxele necompensate care apar ca urmare a polarizării dielectrice, a spus să fie legate. Acest termen subliniază faptul că libertatea de circulație este limitată la taxele aferente. Ele se pot deplasa numai în moleculele neutre electric. Atunci când o polarizare dielectrică omogenă în volum este compensat de sarcini pozitive și negative ale moleculelor, și apare nici o taxă legat macroscopic.
Tarifele asociate care apar la suprafață dielectrică, creând un câmp electrostatic în dielectric. Acest câmp este în partea opusă a câmpului E0 extern. Câmpul rezultat în dielectric. E = E0- E“. în cazul în care E „- câmp generat de taxele aferente:
Astfel, câmpul rezultat din interiorul dielectric:
Găsim relația dintre densitatea de suprafață a taxelor și polarizabilitate legate. Pentru această bucată de dielectric uniformă având forma unui cilindru oblic, plasat într-un câmp electric uniform direcționat paralel cu axa cilindrului. Pe baza cilindrului va fi asociat cu o densitate superficială de sarcină. Pe fețele laterale ale taxelor legate vor apărea din cauza compensa taxa în dielectric este paralelă cu aceste fețe. În cazul în care S - suprafața de bază cilindru, dielectric momentul de dipol dobândește:
- aceasta este teorema lui Gauss pentru câmpul electrostatic în dielectric. De la (13), se observă că vectorul D flux printr-o suprafață închisă este definită numai prin tarifele libere. Formularea Gauss teorema a vectorului câmp D. flux de deplasare electric prin orice suprafață închisă este egală cu suma taxelor libere acoperite de această suprafață.
Substituind în (12), expresia (9), obținem:
Astfel, vectorul D și E sunt legate de:
Profundă semnificație D fizică nu are. Vectorul E setează câmpul în dielectric și depinde de proprietățile mediului. Pe câmpul E0. care creează sarcini libere, cheltuieli legate sunt aplicate în câmp. Prin urmare, vectorul D din proprietățile mediului nu depinde, caracterizează domeniul taxelor libere, dar care are loc în prezența unor cheltuieli legate.
Taxele sunt situate în spațiul exterior (în raport cu această suprafață) în mărime nu afectează fluxul.
Am loc într-un câmp electrostatic de o taxa de punct de sarcină Q Q0. taxa Q0 Presupunem că se deplasează de-a lungul căii arbitrare de la punctul 1 la punctul 2.
În acest caz, forța aplicată taxa, aceasta nu funcționează. F forțe de muncă la dl deplasare elementară este egală cu:
Cantitatea Vector numit gradient de potențial indică direcția de creștere mai rapidă a potențialului. Semnul minus indică faptul că câmpul vectorial este îndreptat în direcția de scădere a capacității.
Pentru o reprezentare grafică a potențialului de utilizare a suprafețelor echipotențiale - această suprafață în toate punctele în care potențialul are aceeași valoare. Arătăm că liniile echipotențiale sunt perpendiculare pe suprafața câmpului electrostatic. Q0 se va deplasa de-a lungul taxa de suprafață echipotențială:
pentru că taxa se deplasează de-a lungul o suprafață echipotențială,
dar. Prin urmare, liniile de câmp electrostatic sunt perpendiculare pe suprafețele echipotențiale.
suprafața echipotențială se poate face prin orice punct de câmp, prin urmare, astfel de suprafețe pot fi făcute infinit. Am aranjat să efectueze suprafețele echipotențiale, astfel încât diferența de potențial dintre suprafețele adiacente are peste tot la fel. Apoi, prin densitatea suprafetelor echipotentiale poate judeca amploarea intensității câmpului. Mai gros suprafața dispusă, cu atât mai repede modificările potențiale atunci când se deplasează de-a lungul normalei la suprafață, prin urmare, cu atât mai mult această locație, și astfel.
La proiectarea cu tuburi vidate, condensatori, lentile electronice și alte dispozitive de multe ori trebuie să cunoască distribuția câmpului electric în spațiul dintre electrozii de formă complexă. Calculul analitic câmp este posibilă numai în cea mai simplă configurație a electrozilor și este în general imposibil. Pentru studiul complex metoda câmpului electrostatic utilizează baia electrolitică (metoda sondă), în care poziția liniilor echipotențiale determinate experimental, care permite construirea liniilor de câmp, și pentru a găsi tensiunea în diferite puncte ale sale.
baie electrolitica, făcut dintr-un bun izolator
Electrozii din tensiunea de alimentare este aplicată Uo. care este controlat de un voltmetru.
Potențialul la diferite puncte ale câmpului este măsurată folosind o sondă care este conectat la voltmetru digital.
În partea de jos baia electrolitică este grila situate. În timpul funcționării, folosind această grilă pe o foaie separată de hârtie (hârtie grafic) arată poziția electrozilor și modelul de câmp electric este construit - linia echipotențială. Prin datele experimentale calculate valoarea de intensitate la diferite puncte ale câmpului electric.