• 
  POLITECHNIKA RZESZOWSKA

• IM. IGNACEGO ŁUKASIEWICZA

Laboratorium Fizyki

• SPRAWOZDANIE

• Temat:

• Wyznaczenie kształtu powierzchni ekwipotencjalnych pola elektrostatycznego

• 
  

Rzeszów 2008

1. Wstęp teoretyczny

a) Pole elektrostatyczne jest to przestrzeń, w której na dowolne ładunki elektryczne

działają siły elektrostatyczne.

b) Prawo Coulomba: Dwa ładunki oddziaływują na siebie z siłą (F) wprost

proporcjonalną do iloczynu wartości tych ładunków (Q₁, Q₂), a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości (r) między nimi. W poniższym wzorze występuje jeszcze „k” - jest to współczynnik proporcjonalności . Jednostką oczywiście jest Newton [N]

Stała k zależy od środowiska w jakim znajdują się ładunki:

a) gdy jest to próżnia, wtedy:

b) gdy jest to inne środowisko, wtedy:

gdzie: ε₀ - przenikalność dielektryczna próżni

ε_R - względna przenikalność dielektryczna danego środowiska

c) Linie pola elektrostatycznego są to tory styczne w każdym punkcie do kierunku sił elektrostatycznych.

d) Natężenie pola elektrostatycznego (E) jest wektorową wielkością fizyczną opisującą pole elektryczne, równą stosunkowi wektora siły oddziaływania elektrostatycznego (F) działającej na umieszczony w danym punkcie pola ładunek próbny (Q) do wartości tego ładunku.

Wzór na natężenie pola:
W układzie SI jednostką natężenia pola elektrostatycznego jest wolt na metr
.

e) Potencjał elektrostatyczny
nazywamy wielkość fizyczną, której miarą jest energia potencjalna przypadająca na jednostkę ładunku, czyli
Jednostką potencjału jest wolt oznaczany:

f) Prawo Gaussa mówi, że strumień natężenia pola elektrycznego przechodzący przez powierzchnię zamkniętą dowolnego kształtu jest wprost proporcjonalny do całkowitego ładunku q_cal zawartego we wnętrzu tej powierzchni i w próżni ma wartość:
Natomiast w innych ośrodkach ma wartość:

g) Powierzchnia ekwipotencjalna (powierzchnia równego potencjału) jest to powierzchnia w polu potencjalnym, której wszystkie punkty mają jednakowy potencjał.

2. Cel ćwiczenia:

Wyznaczanie kształtu powierzchni ekwipotencjalnych pola elektrostatycznego.

3. Spis przyrządów:

- sonda pomiarowa

- zasilacz

- woltomierz

- elektrody

- kuweta

4. Program ćwiczenia:

- ustawienie w kuwecie elektrod

- ustawienia napięcia (3 V) zasilającego elektrody kondensatora

- wyznaczenie współrzędnych x i y posiadających potencjał 0,5V 1V 1,5V 2V 2,5V

5. Wyniki pomiarów:

6. Rysunek (na osobnej kartce - papier milimetrowy).

7. Dyskusja o błędach pomiarowych:

Błędy w wyznaczaniu współrzędnych punktów o danych potencjałach zależą od kilku czynników. W głównej mierze uzależnione są one od dokładności przeprowadzonych pomiarów przez ćwiczącego, od grubości igły sondy pomiarowej (im grubsza igła tym pomiar mniej dokładny), oraz od ugięcia światła na granicy ośrodków, nie dokładność na układzie współrzędnych to w przybliżeniu 2 mm, natomiast na woltomierzu 0,05 V). Kształt krzywych ekwipotencjalnych jest zależny od punktów które wyznaczy student, tak więc i również błędy w wyznaczaniu tych krzywych będą zależeć od błędów przy wytyczaniu punktów, i ponadto - od ilości wyznaczonych punktów (im więcej wyznaczonych punktów tym krzywa jest dokładniejsza).

8. Dyskusja na temat otrzymanego kształtu powierzchni ekwipotencjalnych. (wnioski)

Pole elektryczne jest najsilniejsze w pobliżu ”ostrzy” (zagięć elektrod), dlatego tam linie pola ekwipotencjalnego najbardziej zbliżają się w kierunku elektrody. Linie te tworzą krzywe zamknięte.

WYKONAŁ:

Michał Ambroszkiewicz

BD 1

LP 1

---