Материал: ЛР1

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

3)Построим на полученной карте силовые линии электрического поля, а

также эквипотенциали с шагом

= 1В:

 

 

 

 

 

 

 

y, см

Диаграмма силовых линий электрического поля

 

18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

l5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

r5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14 В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 В

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13,5 B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13 B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12 B

11 В

10 В

9 В

 

 

8 В

7 В

6 В

5 В

4 В

3 В

2 В

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

х, см

0

 

5

 

10

 

 

15

 

 

20

 

25

30

 

 

 

 

 

 

 

= 0 − 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

− 1 = 0,5

 

 

 

 

 

i

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

В

 

0,4

0,6

0,8

1,1

1,1

1,2

1,1

1,4

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

9

10

11

12

13

14

15

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

В

 

1,6

1,4

1,1

1,1

0,9

0,7

0,6

0,4

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

4)Вычислим погонную емкость моделируемой сиситемы ( = 1):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( − )

 

14

 

∆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0

 

 

0

 

 

 

1

 

∑(

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14

 

∆

 

 

 

246

 

 

152

 

 

105

 

 

63

 

 

51

 

 

 

45

 

41

 

 

53

 

59

 

62

 

72

 

∑ (

 

) =

 

 

 

+

 

 

+

 

 

 

+

 

+

 

 

+

 

 

 

+

 

 

 

 

+

 

 

+

 

+

 

 

+

 

+

 

 

117

85

64

 

46

44

 

42

44

 

37

32

37

44

 

 

 

∆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

51

 

 

73

 

87

 

 

96

 

112

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

+

 

+

 

 

+

 

 

+

 

 

= 22,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44

 

53

72

91

113

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 8,85 10−12

Кл2 Н

 

0,5В

 

 

 

 

 

 

Ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м2

 

 

 

 

 

 

 

22,4 ≈ 7,1 п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

14В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

5) Выведем аналитическое выражение для погонной емкости моделируемой

системы:

0

x

1. Пусть – линейная плотность заряда цилиндра

=

 

(1)

 

2. Ф – поток электрического поля цилиндра.

Ф = =/ = 2 / = 2 ,

 

где − площадь поверхности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По теореме Гаусса:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.

( , ) =

0

 

 

 

 

 

 

 

4.

(1) и (2): 2 =

 

=

 

 

 

=>

=

 

 

 

− одного цилиндра

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

5.

′ = 2Е =

 

 

 

− напряженность двух цилиндров

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

6.

=

∫

′ = ∫

 

 

=

 

[ln ]

 

=

 

 

(ln( − ) − ln )

 

0

0

 

0

 

=

 

 

 

ln(

−

)

 

(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С учетом формул(1), (2) и (3), получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

′ =

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln(

 

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

′

 

3,14 8,85 10−12

Кл2 Н

 

 

 

Ф

Тогда ′ =

=

м2

 

≈ 10,8 п

 

 

21 10−2м − 1,5 10−2м

 

м

 

 

ln(

)

 

 

 

 

 

1,5 10−2м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнив теоретическое значение погонной емкости с вычисленным ранее, получаем:

∆ = ′ − = (10,8 − 7,1) п Фм = 3,7 п Фм

∆ 3,7= ′ 100% = 10,8 100% = 34,3%

6) Рассчитаем значение плотности энергии электрического поля в пределах

каждого из отрезков первой эквипотенциали:

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

0

 

=

0

 

 

(при = 1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

1

2

 

3

 

 

 

 

4

 

5

 

6

7

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, п

Дж

 

0,8

1,5

 

0,8

 

5,3

 

5,8

 

6,3

5,8

8,1

 

 

 

м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

9

10

 

11

 

12

 

13

 

14

15

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, п

Дж

 

10,8

8,1

 

5,8

 

5,8

 

 

3,9

 

2,1

1,3

0,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

Вывод: в ходе лабораторной работы можно сделать следующие выводы:

1) на полученной карте силовые линии электрического поля симметричны относительно оси x, а эквипотенциали – относительно y;

2) с помощью теоремы Гаусса и суперпозиции электрического поля была

выведена формула погонной емкости: ′ = 0 ;

ln(− )

3)Сравнив теоретическое и практическое значения погонной емкости, можно сделать вывод, что измерения были проведены c небольшой погрешностью:

∆ = 3,7 п Фм

= 34,3%

10

Источник: https://studfile.net/preview/16557039/