1 Мета роботи

1.1 Дослідити розподіл потенціалу між електродами.

1.2 Побудувати якісну картину електростатичного поля за допомогою кривих однакового потенціалу і силових ліній.

2 Прилади і обладнання

2.1 Невелика ванна прямокутної форми.

2.2 Електроди різної форми.

2.3 Затискачі.

2.4 Вольтметр.

2.5 Зонд.

2.6 Електромеханічний перфоратор.

2.7 Лист паперу.

3 Вказівки з техніки безпеки

1. Перед увімкненням установки необхідно ознайомитися з даними методичними вказівками. Після цього у викладача і відповідального лаборанта або інженера, які проводять заняття, узяти дозвіл на увімкнення установки і проведення дослідів.

2. Для створення електричного поля в використовується джерело струму. Тому забороняється без відома інженера або викладача проводити будь-які маніпуляції з кабелями, що живлять устаткування (включати їх, від'єднувати і т.п.).

4. Коротка теорія

Кожен нерухомий заряд створює в просторі електростатичне поле (ЕП).

Силовою характеристикою поля є напруженість:

(1)

де F - сила, з якою поле діє на пробний заряд;

q - величина цього заряду.

Пробним називається точковий позитивний заряд. Розглянемо поле, створене точковим зарядом. Згідно з законом Кулона величина сили взаємодії між двома точковими зарядами q і q₁ дорівнює

, (2)

де r- відстань між зарядами q і q₁;  - відносна діелектрична провідність середовища; ₀ =8,8510^-12Ф/м –електрична стала.

Тоді з (1) з урахуванням (2) випливає, що

(3)

Електричне поле графічно зображають за допомогою силових ліній або еквіпотенціальних поверхонь. Лінія, дотична до якої в кожній точці збігається з вектором напруженості ЕП, називається силовою. Таким чином силова лінія визначає в кожній точці, через яку вона проходить, напрямок вектора напруженості , а отже, і напрямок сили, що діє на позитивний заряд, вміщений у цю точку поля. Енергетичною характеристикою поля є потенціал. Потенціал показує, яку роботу повинні здійснити сили електростатичного поля при переміщенні пробного заряду з даної точки поля в точку, потенціал якої прийняли таким, що дорівнює нулю. Прийнято вважати, що потенціал точки, віддаленої від даної точки у нескінченність, дорівнює нулю:

(4)

Фізичний зміст має різниця потенціалів. Різниця потенціалів – фізична величина, яка показує яку роботу виконує поле при переміщенні заряду з точки 1 в точку 2:

(5)

Елементарна робота, яка виконується полем при переміщенні позитивного одиничного заряду, з одного боку:

(7)

а з іншого - (8)

Геометричне місце точок з рівними потенціалами називають еквіпотенціальною поверхнею (поверхнею рівного потенціалу). Якщо переміщення відбувається вздовж еквіпотенціальної поверхні, то елементарна робота поля дорівнює нулю, оскільки Таким чином, і робота згідно з (7) буде дорівнювати 0, а це означає, що скалярний добуток . З вищевикладеного витікає, що кут між вектором напруженості електричного поля і напрямком переміщення дорівнює 90⁰, отже, силові лінії завжди спрямовані перпендикулярно до еквіпотенціальної поверхні.

Таким чином, ЕП можна записати або за допомогою векторної величини , або за допомогою скалярної величини . Очевидно, що ці величини повинні бути пов’язані між собою. Цей зв’язок легко одержати з формул (1.7) і (1.8).

(9)

де - проекція на напрямок .

Для побудови карти силових ліній поля необхідно пам'ятати, що силові лінії і еквіпотенціальні поверхні взаємно перпендикулярні.