skanuj0084

Ćwiczenie 14

Badanie pola elektrycznego metodą wanny elektrolitycznej

1. Wprowadzenie

1.1.    Pojęcie pola

Mówimy, że w ograniczonym obszarze Q przestrzeni (trójwymiarowej R³ lub dwuwymiarowej R²) istnieje pole pewnej wielkości fizycznej (skalarnej lub wektorowej), jeżeli każdemu punktowi Pe Q przyporządkujemy w sposób jedno-jednoznaczny odpowiednią wielkość, tj. skalar lub wektor określony lokalnie w tym punkcie. Jeżeli tą wielkością jest wektor, mówimy o polu wektorowym, jeżeli skalar, to o polu skalarnym.

1.2.    Natężanie pola elektrycznego

Natężenie pola elektrycznego E{P) jest ilorazem siły F{P) działającej ze strony wszystkich źródeł pola i ładunku próbnego qo (bardzo małego, dodatniego ładunku, którego obecność nie zakłóca pola), umieszczonego w punkcie P. Źródłami badanego pola w obszarze Q mogą być ładunki punktowe (inne niż qo), powierzchniowe lub przestrzenne. Pole nie jest określone w tych miejscach przestrzeni] w których znajdują się źródła punktowe. Formalnie E(P) określa się wzorem:

E(P) = —F(P),    (1)

‘Opracował A.Fox.

gdzie F(P) jest wypadkową siłą w P pochodzącą od wszystkich źródeł.

natężenie pola elektrycznego:

e{p) - ~

?0

F~Fi+Fi+Fi

Rys.l. Wypadkowe natężenie pola pochodzącego od trzech ładunków punktowych: q_[t q₂ i qy Wartość siły: F_j = kq<q₀ Ir} wynika z prawa Coulomba (r,-wzajemna odległość ładunków <7, i q₀)

Jeżeli źródłami pola są ładunki punktowe, np. q\, qi, qi, to sytuacja wygląda tale jak na rys.l.

Pole elektryczne można graficznie przedstawić za pomocą linii pola. Linie pola są to linie, do których wektor natężenia pola E jest styczny w każdym punkcie. Ilość narysowanych linii natężenia pola jest umowna, ale rysuje się ich tyle, aby zobrazować przestrzenny lub płaski rozkład pola.

W przypadku, gdy natężenie pola jest takie samo w każdym punkcie P w obszarze 12, tj. 2i=const, pole elektryczne nazywamy jednorodnym i obrazujemy go zbiorem linii natężenia pola równoległych do siebie. Z takim polem mamy do czynienia wewnątrz kondensatora płaskiego, jeżeli nie uwzględniamy pola na jego brzegach. Jednostką na-

N    V

tężenia pola elektrycznego w układzie SI jest 1-= 1 —.

A-s    m

1.3. Strumień pola elektrycznego

Gdy źródłami pola są ładunki rozłożone w sposób ciągły na powierzchniach lub w objętościach i nie można wyznaczyć E(P) wprost z prawa Coulomba (tzn. wtedy, gdy źródłami pola nie są ładunki punktowe) stosujemy prawo Gaussa. Prawo to mówi, że strumień wektora natężenia pola elektrycznego jest wprost proporcjonalny do ładunku Q zgromadzonego wewnątrz powierzchni zamkniętej S: 0_E=Q/ee_o.

Strumień <P_E pola elektrycznego określamy zależnością: