Матвеев Виктор Михайлович, Вольф Александр
Электростатическое поле характеризуется в каждой точке пространства значением вектора напряженности E и значением электростатического потенциала. Направление вектора напряженности в каждой точке поля и распределение потенциала в поле можно сделать наглядным, если провести линии напряженности и поверхности равного потенциала.
Часто изучение электростатического поля между системой заряженных проводников заменяют изучением поля электрического тока между той же системой проводников, если потенциалы проводников поддерживают постоянными и проводимость среды много меньше проводимости проводников. Такой способ изучения электростатического поля путем создания другого, эквивалентного ему поля называют моделированием электростатического поля.
Метод моделирования электростатического поля имеет широкое применение на практике. Пользуясь этим методом, изучают сложные электростатические поля (в электростатических линзах, в электронных трубках и т.п.). При этом широко пользуются методом подобия, которое утверждает, что если размеры электродов, создающих поле, и все расстояния между этими электродами изменить в одной пропорции, то структура поля останется прежней.
Экспериментально легче вести измерения потенциалов электростатического поля, т.к. большинство электроизмерительных приборов измеряют разности потенциалов между различными точками. Обычно экспериментально изучается распределение потенциалов в поле, проводятся поверхности равного потенциала (эквипотенциальные поверхности), а линии напряженности строятся как ортогональные линии к эквипотенциальным поверхностям.
Экспериментальная установка представлена на рис. 1. Перемещая щуп (С), от одного электрода (А) к другому (В) выбирают такое его положение, при котором разность потенциалов на вертикально отклоняющих пластинах равна нулю. При этом на экране широкая полоса стягивается в линию, а вольтметр показывает потенциал эквипотенциальной линии относительно электрода (А). Точка, в которой находится щуп является точкой эквипотенциальной поверхности. С перемещением движка реостата изменяется величина потенциала.
В качестве дополнения к данной работе разработана программа FIELD. Она предназначена для компьютерного моделирования электрических полей системы точечных зарядов. Таким образом, появляется возможность экспериментально определить линии напряженности и эквипотенциальные поверхности и тут же смоделировать аналогичную ситуацию на компьютере.
По принципу суперпозиции полей напряженность E(r) в точке r, обусловленная системой точечных зарядов q1
, q2
, q3
, ..., qN
равна
(1)
где ri
- координата неподвижного i- го заряда и k - постоянная, которая зависит от системы единиц.
Наглядно векторное поле удобно изображать в виде силовых линий. Алгоритм вычерчивания силовых линий в двухмерном случае выглядит следующим образом:
1. Выбираем точку (x, y) и вычисляем компоненты Ex
и Ey
вектора электрического поля E по формуле (1).
2. Проводим в этой точке небольшой прямолинейный отрезок заданной длины в направлении E. Компоненты этого отрезка равны
и (2)
3. Повторяем данную процедуру с новой точки (). Продолжаем до тех пор, пока силовая линия не уйдет в бесконечность или не подойдет к какому-нибудь отрицательному заряду.
Часто легче исследовать свойства системы, рассматривая энергетические характеристики, а не силовые. Энергетической характеристикой электрического поля является потенциал (), определяемый для точечного заряда соотношением. Между напряженностью поля и потенциалом существует следующее соотношение
или. (3)
Так как силовые линии электрического поля ортогональны эквипотенциальным поверхностям, то этим свойством можно воспользоваться, чтобы с помощью программы FIELD нарисовать последние. Поскольку компоненты вектора прямолинейного отрезка определяются формулами (2), то компоненты отрезка, перпендикулярного E, а значит, параллельного эквипотенциальной поверхности, равны
и (4)
Неважно какой знак присвоить компонентам x и y, поскольку это скажется лишь на направлении рисования.
Другие работы по теме:
Параллельное и последовательное моделирование
Порядок и разновидности соединений звеньев, их характеристика и отличительные черты. Амплитудно-частотные характеристики при различных соединениях, порядок их расчета и анализа. Методика и этапы моделирования последовательного соединения звеньев.
Магнитное поле Процесс формирования
Graphics Магнитное поле Содержание . 1 Чем создаётся 2 Вычисление 3 Магнитные свойства веществ 4 Проявление магнитного поля 5 Взаимодействие двух магнитов 6 Явление электромагнитной индукции 7Токи Фуко Graphics
Электростатическая защита
ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Электростатическое поле - эл.поле, образованное неподвижными электрическими зарядами. Свободные электроны - электроны, способные свободно перемещаться внутри проводника ( в основном в металлах) под действием эл. поля;
Основные законы и формулы физики
1АнтиМВХиР v. 950419 2О С Н О В Н Ы Е Ф О Р М У Л Ы И З А К О Н Ы 0 2Ф И З И К И 3МЕХАНИКА 2Упругие деформации. 1Закон Гука 0: 21 0) при малых деформациях сила упругости пропорциональна абсолютной деформации и направлена противоположно смещению.
Магнитное поле 3
Содержание К = или теу3 _ откуда ц> _ ту 16 Наряду с магнитной индукцией В вводится другая векторная характеристика магнитного поля — напряженность Н, связанная с В следующим соотношением:
Электрическое поле
Изучение электромагнитного взаимодействия, свойств электрического заряда, электростатического поля. Расчет напряженности для системы распределенного и точечных зарядов. Анализ потока напряженности электрического поля. Теорема Гаусса в интегральной форме.
Основные законы и формулы физики
1АнтиМВХиР v. 950419 2О С Н О В Н Ы Е Ф О Р М У Л Ы И З А К О Н Ы 0 2Ф И З И К И 3МЕХАНИКА 2Упругие деформации. 1Закон Гука 0: 21 0) при малых деформациях сила упругости пропорциональна
Электродинамика
Електродинаміка – розділ фізики в якому вивчаються електричні й магнітні явища. Основу цих явищ становить електромагнітна взаємодія основними положеннями термодинаміки є заряд і електромагнітне поле.
Электрическое поле
Работа по физике Ученика 10 класса А Школы №1202 Круглова Егора Электрическое поле По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве
Нормирование электромагнитных полей
Основными документами, регламентирующими электромагнитные поля на производстве, являются санитарные правила „Электромагнитные поля в производственных условиях. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.2.4.1191-03” Они были введены 30.01.2003г. Их требования распространяются на работников, подвергающихся воздействию ослабленного геомагнитного поля, электростатического поля, постоянного магнитного поля, электромагнитного поля промышленной частоты, электромагнитных полей радиочастотного диапазона электромагнитные поля.
Электростатика проводников
Основы электростатики проводников: макроскопические электродинамические формы электромагнитных полей. Анализ электростатического поля проводников: энергия; проводящий эллипсоид; силы, действующие на проводник в поле; составление средних выравниваний.
Проводники в электростатическом поле
Реферат на тему: «Проводники в электростатическом поле» Ученика 10 «Б» класса Средней школы №1 г. Микашевичи Абрамчук Дмитрий 2010 План: Свободные заряды..............................3
Расчеты электростатического поля
Описание теоремы Гаусса как альтернативной формулировки закона Кулона. Расчеты электростатического поля заданной системы зарядов в вакууме и вычисление напряженности поля вокруг заряженного тела согласно данных условий. Сравнительный анализ решений.
работа по дисциплине «Моделирование»
Провести анализ заданной схемы на предмет корректности её работы в установленных режимах. Внести необходимые исправления в схему, для обеспечения правильности её работы
Фотоэлектрические преобразователи
Для питания магистральных систем электроснабжения и различного оборудования на КЛА широко используются ФЭП; они предназначены также для подзарядки бортовых химических АБ.
Векторные линии в векторном поле
Вариант 9 Найти векторные линии в векторном поле Решение: Векторные линии - это линии, в каждой точке которых вектор поля является касательным Для нахождения векторных линий поля
Научное открытие - электродинамическая индукция
Сила Лоренца в электромагнитной индукции, сама по себе не может обеспечить постоянного тока в проводнике – для возникновения тока необходимо относительное перемещение магнитного поля и проводника.
Тест для 5-х классов по гандболу
Сколько человек играет на поле? 6 человек 7 человек 8 человек Сколько пунктов дают за забитый мяч? Сколько минимально играков может играть на площадке?
Линии задержки
Моделирование прямоугольного импульса с определенной длительностью фронта. Синтезирование электрической принципиальной схемы с учетом параметров элементов. Графики входных и выходных напряжений. Влияние длительности фронта на искажение выходного сигнала.
Прибор ночного видения
Именно с изобретением первого ЭОП в 1934 и началась история ПНВ. Это произошло в исследовательском центре фирмы "Филипс”. Холст с сотоварищами создал первый преобразователь, который был назван «стакан Холста».
Клиодинамика
Введение 1 Общие сведения 2 Соотношение между клиодинамикой и клиометрией 3 Основоположники клиодинамики 4 Основные достижения клиодинамики Список литературы
Автоматизированное проектирование
Особенности моделирования логических элементов в системе автоматизированного проектирования OrCAD 10.3, анализ его функционирования и оценка погрешности. Моделирование элементов иерархического уровня в системе автоматизированного проектирования GL–CAD.
Элементы земного магнетизма
Напряженность магнитного поля Земли в каждой точке земной поверхности полностью определяется вектором Т и его составляющими по осям прямоугольной системы координат х, у и z.