Литература: § 77-79, 84
Всякое заряженное тело создает вокруг себя электрическое поле, которое характеризуется напряженностью и потенциалом. Напряженность электрического поля на расстоянии D от центра тела создающего поле равна силе, с которой поле действует на заряд 1 Кл в этой точке:
, (1)
где k = 9×109 Н×м2/Кл - электрическая постоянная; Q - заряд тела, создающего поле; D - расстояние от центра тела, создающего поле до точки, в которой рассчитывается напряженность.
Следовательно, сила с которой поле действует на заряд q в этой точке поля равна:
(2)
Потенциал электрического поля на расстоянии D от центра тела создающего поле равен потенциальной энергии зарядf 1 Кл в этой точке поля:
. (3)
Потенциальная энергия заряда q в этой точке поля равна:
. (4)
Порядок выполнения работы
В этой лабораторной работе вам предлагается исследовать характеристики электрического поля Земли (напряженность (Е) и потенциал (f)) вблизи поверхности земного шара и на высотах в диапазоне 0 - 16000 м через 400 м.
Исследуйте электрические силы и энергии взаимодействия электрического поля Земли вблизи ее поверхности (h=0) с зарядами от элементарного е=1,6×10-19Кл до 100е=160×10-19Кл.
1. Заполните таблицу констант (таблица 1):
Таблица 1
| k | Q | е | R |
| 9Е+10 | 0,57Е+6 | 1,6Е-19 |
2. Составьте расчетную таблицу 2:
Таблица 2
| h | E | f |
· при заполнении столбца "h" используйте быстрое заполнение с использованием арифметической прогрессии с шагом 400 м;
· введите в ячейки формулы для расчета напряженности (1) и потенциала (3) электрического поля Земли, при этом расстояние от центра планеты до точки, в которой происходит расчет равно сумме радиуса планеты и высоты точки над поверхностью планеты: D=R+h. Скопируйте формулы на весь столбец. Постройте графики зависимости напряженности и потенциала от высоты.
3. Составьте расчетную таблицу 3:
Таблица 3
| q | F | U |
| 1,6Е-19 | ||
| 16Е-19 | ||
| 32Е-19 | ||
| 160E-19 |
· при заполнении столбца "Q" используйте быстрое заполнение с использованием арифметической прогрессии с шагом
10е = 16×10-19 Кл = 16Е-19;
· введите в ячейки формулы для расчета силы (2), с которой электрическое поле Земли действует на зяряд и энергии (4) заряда в электрическом поле Земли, при этом заряд находится на поверхности Земли, т.е. D = R. Скопируйте формулы на весь столбец. Постройте графики зависимости силы и энергии от величины заряда.
Контрольные вопросы
1. Запишите, сформулируйте и объясните закон Кулона.
2. Какие поля называются электростатическими?
3. Что такое напряженность электростатического поля? Каково направление вектора напряженности? Единица напряженности в СИ.
4. Как доказать, что электростатическое поле является потенциальным?
5. Дайте определение потенциала данной точки поля и разности потенциалов двух точек поля. Каковы единицы их измерения?
6. Какова связь между напряженностью и потенциалом? Каков физический смысл этих понятий?