Изучение поля электрического диполя

Лабораторная работа №9

Изучение поля электрического диполя

 

Цель работы: исследовать поле модели электрического диполя.

 

Литература

Ремизов А.Н. Курс физики, электроники и кибернетики для медицинских институтов. М., 1982, гл. 15, § 3, 4.

Ливенцев Н.М. Курс физики. М., 1978, т. I, § 35. т. 2, § 140.

 

Вопросы входного контроля

 

1. Определение и свойства электрического поля.

2. Напряженность и потенциал электростатического поля (определение, единицы измерения).

3. Разность потенциалов и ее измерение.

4. Что такое линии напряженности и эквипотенциальные поверхности электростатического поля?

5. Понятие точечного электрического заряда.

6. Электрическое поле точечного заряда (формулы напряженности и потенциала поля).

7. Принцип суперпозиции напряженности электрического поля.

8. Линии напряженности системы двух равных по модулю разноименных зарядов.

 

Основные понятия теории электрического диполя

 

Электрическим диполем называется система, состоящая из двух равных по величине, но противоположных по знаку точечных зарядов, расположенных на расстоянии друг от друга. Расстояние должно быть значительно меньше, чем расстояние от диполя до точек наблюдения.

Величина называется электрическим, или дипольным, моментом. Электрический момент – вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному. Диполь является источником электрического поля.

 

 

Рис. 1. Схематическое изображение диполя.

 

На схемах диполь обычно обозначают точкой, в которой на небольшом расстоянии находятся заряды, и стрелкой, совпадающей по направлению с электрическим моментом диполя (см. точку O на рис. 3).

Электрический диполь, помещенный в проводящую среду, будет разряжаться, вызывая в ней электрический ток. Для поддержания зарядов диполя постоянными необходимо наличие внешнего источника тока. Диполь в таком случае называется токовым.

Свойства и закономерности изменения поля токового и электрического диполя аналогичны.

 

Потенциал электрического поля диполя

 

Рассмотрим некоторую точку А, удаленную от зарядов диполя на расстоянии и (рис.2).

(1)

Предположим, что , , тогда ; ; .

Отсюда получим

 

Рис. 2. К расчету потенциала точки в поле диполя.

 

Пусть диполь находится в точке O, расстояние между его зарядами мало по сравнению с OA и OB (рис. 3). Дипольный момент на рисунке показан стрелкой.

 

Рис. 3. К расчету разности потенциалов в поле диполя.

 

(2)

Запишем, пользуясь формулой (1), разность потенциалов двух точек: A и B, равностоящих от диполя.

OC || AB;

отсюда .

Подставляя в формулу (2), имеем:

(3)

Из полученного выражения видно, что разность потенциалов двух точек поля диполя (при данном и ) зависит от синуса половины угла, под которым видны эти точки от диполя, и от проекции электрического момента диполя на прямую, соединяющую точки.

 

Практическая часть

 

Приборы и принадлежности: вольтметр со щупами, модель диполя, ванна с водой, миллиметровая сетка.

 

I. Построение эквипотенциальных линий поля диполя.

1. Расположить диполь в ванне с водой в центре треугольника вдоль прямой BD (рис.5). Расстояние между зарядами взять 4-6 см.

2. Включить выпрямитель в сеть.

3. Соединить (+) вольтметра с положительным зарядом диполя.

4. Поместить второй щуп вольтметра в точку O (центр треугольника) и измерить разность потенциалов. Передвигая щуп, найти точки такого же потенциала и, определив их положение по координатной сетке, нанести эти точки на график. Соединив полученные точки, получить на графике линию равного потенциала (эквипотенциальную линию).

5. Построить еще 4 эквипотенциальные линии других значений потенциалов, по две с каждой стороны от центральной линии.

6. Провести на графике линии напряженности поля диполя от положительного заряда к отрицательному, перпендикулярно к эквипотенциальным линиям.

 

II. Определение разности потенциалов на сторонах равностороннего треугольника.

1. Не меняя положения диполя, измерить напряжение на сторонах треугольника АВС: . Данные занести в таблицу.

2. Найти проекции электрического момента диполя на стороны треугольника АВС, так как величина Р во всех трех проекциях постоянна, то можно записать:

и для определения этого соотношения достаточно найти только косинусы соответствующих углов.

3. Проверить соотношение:

4. Рассчитать угол между направлением электрического момента диполя и прямой MN (см. выражение (5)).

5. Изменить положение диполя, расположив его вдоль прямой MN.

6. Повторить измерения пунктов 1-4. Данные всех измерений занести в таблицу.

 

Лабораторная работа №9

Изучение поля электрического диполя

 

Цель работы: исследовать поле модели электрического диполя.

 

Литература

Ремизов А.Н. Курс физики, электроники и кибернетики для медицинских институтов. М., 1982, гл. 15, § 3, 4.

Ливенцев Н.М. Курс физики. М., 1978, т. I, § 35. т. 2, § 140.

 

Вопросы входного контроля

 

1. Определение и свойства электрического поля.

2. Напряженность и потенциал электростатического поля (определение, единицы измерения).

3. Разность потенциалов и ее измерение.

4. Что такое линии напряженности и эквипотенциальные поверхности электростатического поля?

5. Понятие точечного электрического заряда.

6. Электрическое поле точечного заряда (формулы напряженности и потенциала поля).

7. Принцип суперпозиции напряженности электрического поля.

8. Линии напряженности системы двух равных по модулю разноименных зарядов.

 

Основные понятия теории электрического диполя

 

Электрическим диполем называется система, состоящая из двух равных по величине, но противоположных по знаку точечных зарядов, расположенных на расстоянии друг от друга. Расстояние должно быть значительно меньше, чем расстояние от диполя до точек наблюдения.

Величина называется электрическим, или дипольным, моментом. Электрический момент – вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному. Диполь является источником электрического поля.

 

 

Рис. 1. Схематическое изображение диполя.

 

На схемах диполь обычно обозначают точкой, в которой на небольшом расстоянии находятся заряды, и стрелкой, совпадающей по направлению с электрическим моментом диполя (см. точку O на рис. 3).

Электрический диполь, помещенный в проводящую среду, будет разряжаться, вызывая в ней электрический ток. Для поддержания зарядов диполя постоянными необходимо наличие внешнего источника тока. Диполь в таком случае называется токовым.

Свойства и закономерности изменения поля токового и электрического диполя аналогичны.