ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ
Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником. Запустите программу. Выберите «Электричество и магнетизм» и «Взаимодействие электрических зарядов». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ стр.5 еще раз).
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
* Знакомство с моделированием электрического поля от точечных источников.
* Экспериментальное подтверждение закономерностей для электрического поля точечного заряда и электрического диполя (ЭД).
* Экспериментальное определение величины электрической постоянной.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
электрическим полем (ЭП) называется то, что существует в области пространства, в которой на электрически заряженную частицу действует сила, называемая электрической (кулоновской).
Источником ЭП являются электрически заряженные частицы.
ЗАРЯДОМ (электрическим) называется особая характеристика объекта, определяющая его способность создавать ЭП и взаимодействовать с ЭП. Часто «зарядом» называют заряженную частицу, а «точечным зарядом» - материальную точку, имеющую электрический заряд.
Основные свойства электрического заряда:
1. Заряд инвариантен – его величина одинакова при измерении в любой инерциальной системе отсчета.
2. Заряд сохраняется – суммарный заряд изолированной системы тел не изменяется.
3. Заряд аддитивен – заряд системы тел равен сумме зарядов отдельных тел.
4. Заряд дискретен – заряд любого тела по величине кратен минимальному заряду, который обозначается символом е и равен 1.6 10-19 Кл.
5. Существуют заряды двух разных «сортов». Заряды одного «сорта» названы положительными, а другого «сорта» - отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные - притягиваются.
Если вблизи одной заряженной частицы (заряда Q1), расположенной в начале координат, будет находиться вторая заряженная частица (заряд Q2), то на второй заряд будет действовать электрическая (кулоновская) 
, определяемая законом Кулона: 
где 
- радиус-вектор точки наблюдения, 
- единичный радиус-вектор, направленный в точку наблюдения, e0 - электрическая постоянная, e - диэлектрическая проницаемость среды (в вакууме e = 1).
НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ - характеристика силового действия ЭП на заряд. Напряженность ЭП, создаваемого зарядом Q1 , есть векторная величина, обозначаемая символом 
(Q1) и определяемая соотношением 
, где 
- сила, действующая на заряд Q2.
линиЯ эП - линия, в любой точке которой вектор напряженности ЭП направлен по касательной к ней.
ЭП подчиняется принципу суперпозиции: напряженность ЭП нескольких источников является суммой векторов напряженности поля, создаваемого независимо каждым источником 
.
ПОТОКОМ ЭП называется интеграл по некоторой поверхности S от скалярного произведения напряженности ЭП на элемент поверхности: 
, где вектор 
направлен по нормали к поверхности.
Закон ГАУССА для ЭП: поток ЭП через замкнутую поверхность S0 пропорционален суммарному заряду, расположенному внутри объема, ограниченного поверхностью интегрирования потока V(S0):
.
Линии напряженности электрического поля точечного заряда представляют собой прямые линии, идущие от заряда (положительного) или к заряду.
ПОТЕНЦИАЛОМ данной точки 
ЭП называется скалярная характеристика ЭП, численно равная работе сил поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки в другую фиксированную точку 
0, в которой потенциал принят за 0 (например, в бесконечность): 
.
Уравнение, выражающее напряженность через потенциал: 
,
где оператор градиента grad = 
.
ДИПОЛЬ есть два одинаковых по величине, но противоположных по знаку точечных зарядов Q, расположенных на расстоянии L (L — плечо диполя).
ДИПОЛЬНЫЙ (электрический) момент есть произведение 
. Вектор направлен от отрицательного к положительному заряду.
Напряженность ЭП диполя вычисляется с использованием принципа суперпозиции для ЭП.
q1>0
r12 q2>0
L b
b
q3 <0 
Как видно из рисунка, 
, а для суммарной силы получим 
.
На линии, проходящей через центр диполя, перпендикулярно электрическому моменту, и на большом расстоянии r от его центра:
.
МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ
Закройте окно теории. Рассмотрите внимательно рисунок и зарисуйте необходимое в конспект:
| ТАБЛИЦА 1. результаты измерений (9 столбцов) | ТАБЛИЦА 2. Значения величины заряда q1 /10-8 Кл(не перерисовывать) | ||||||||||||
| r (см) = | ... | Бригады | |||||||||||
| 1/r2, м-2 | 1 и 5 | ||||||||||||
| E1, В/м | 2 и 6 | ||||||||||||
| E2, В/м | 3 и 7 | -4 | -5 | -7 | -9 | ||||||||
| E3, В/м | 4 и 8 | -4 | -6 | -8 | -10 | ||||||||
| E4, В/м | |||||||||||||
Подготовьте таблицу 1, используя образец. Подготовьте также таблицы 3 и 4, аналогичные табл.1, за исключением второй строчки, содержание которой см. в следующем разделе.