Материал: Гурбич Лабораторныы практикум по курсу Обшчая физика раздел Електричество 2014

дов диэлектрические стержни должны поддерживаться в чистоте. Самопроизвольное изменение показаний измерителя силы в процессе измерений указывает на необходимость очистки диэлектрических стержней, которая выполняется при помощи смоченного спиртом тампона. Для поддержания стержней и сфер в чистоте к ним нельзя прикасаться руками.

Рис. 2.3

Порядок выполнения работы

1.Включить в сеть блок измерителя силы и прогреть его в течение 30 мин (рекомендуется сделать это заблаговременно).

2.Установить измеритель силы на 0, нажатием соответствующей кнопки (см. рис. 2.3).

3.Установить заземленную проводящую плоскость так, чтобы закрепленная в датчике силы сфера оказалась приблизительно в центре плоскости.

4.Привести плоскость в легкое соприкосновение со сферой и записать координату положения подвижной каретки с плоскостью относительно направляющего рельса. Момент соприкосновения зафиксировать по изменению показаний измерителя силы. При со-

16

прикосновении знак силы соответствует, очевидно, силе отталкивания. Записать знак силы отталкивания в лабораторный журнал.

5.Установить плоскость на таком расстоянии от начального положения, чтобы расстояние между центром сферы и плоскостью d (см. рис. 2.3) составляло 6 см.

6.Установить на высоковольтном блоке выходное напряжение

+25 кВ.

7.При помощи вспомогательной сферы зарядить сферу (см. описание методики зарядки в разд. «Приборы и оборудование»).

8.Уменьшить выходное напряжение высоковольтного блока до

нуля.

9.При помощи разрядного электрода разрядить вспомогательную сферу.

10.Провести отсчет величины силы по индикатору измерителя силы и записать результат в таблицу в лабораторном журнале.

11.Убрать плоскость и установить на рельсе сферу на расстоянии 2d = 12 см (между центрами сфер).

12.При помощи вспомогательной сферы зарядить вновь установленную сферу при напряжении высоковольтного блока –25 кВ.

13.Провести отсчет величины силы по индикатору измерителя силы и записать результат в таблицу в лабораторном журнале.

14.Разрядить сферы при помощи разрядника и повторить измерения еще два раза.

15.Разрядить сферы при помощи разрядника и повторить всю процедуру по пп. 5–13, при d = 8 cм и d = 10 см. Каждое измерение выполнить 3 раза.

16.Найти средние значения силы и их погрешности для всех измерений.

17.Построить график зависимости силы взаимодействия сферы

сплоскостью от расстояния d между ними. На этом же графике изобразить точки, соответствующие силе взаимодействия с «зеркально отраженной» сферой (для тех же d).

Контрольные вопросы

1. В чем состоит основная задача электростатики?

17

2.Запишите явный вид оператора Лапласа в декартовой системе координат.

3.Какой результат был бы получен в проведенной работе, если бы сфера заряжалась не положительным, а отрицательным зарядом?

4.На каком основании делается утверждение, что решение задачи для заряда и его «отражения» совпадает с решением задачи для заряда и плоскости?

5.Справедливо ли решение уравнения (2.2), полученное методом изображений для правой полуплоскости (см. рис. 2.1), также и в области «отражения заряда»?

18

Работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ЗАРЯДКИ И РАЗРЯДКИ КОНДЕНСАТОРА

Способность проводника накапливать заряды характеризуется его емкостью C:

(3.1)

где ϕ – потенциал проводника, имеющего заряд q. Уединенные проводники обладают небольшой емкостью. Технические устройства, обладающие значительной емкостью, называются конденсаторами. Конденсатор делают в виде двух проводников, помещенных близко друг к другу и разделенных диэлектриком. Образующие конденсатор проводники называют обкладками. Одной из обкладок сообщается положительный заряд q, а другой – равный ему по модулю отрицательный, с тем, чтобы поле было сосредоточено в промежутке между обкладками. Под емкостью конденсатора понимают величину, пропорциональную заряду q и обратно пропорциональную разности потенциалов между его обкладками:

Разность потенциалов ϕ1 – ϕ2 называют напряжением U между обкладками 1 и 2. Тогда (3.2) можно записать как

Для постоянного тока конденсатор представляет собой разрыв цепи, поскольку ток между обкладками не протекает. Однако при подключении конденсатора к источнику ЭДС во внешней цепи кратковременно возникает ток, обеспечивающий заряд конденсатора. Ток кратковременно протекает через внешнюю цепь, соединяющую обкладки, и при разрядке заряженного конденсатора. Очевидно, что в обоих случаях ток не может считаться постоянным. Однако изменения тока в цепи происходят не слишком быст-

19

ро по сравнению со скоростью света c, с которой распространяются по цепи электромагнитные возмущения. Тогда закон Ома, установленный для постоянного тока, можно считать справедливым и для мгновенных значений изменяющихся тока и напряжения.

где постоянная интегрирования взята в виде логарифма. Из (3.8) получим зависимость заряда конденсатора от времени:

Константу в (3.9) найдем из условия, что в момент времени t = 0 конденсатор обладает начальным зарядом q0. Тогда окончательно получим

20