«Жаратылыстану ғылымдары және педагогикасы» Жоғары мектебі
Электростатикалық өрістерді модельдеу
жүктеу/скачать 0,89 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Теориядан қысқаша мәлімет
| Электростатикалық өрістерді модельдеу
Жұмыстың мақсаты: Электростатикалық өрісті зерттеу; өрістің эквипотенциал беттерін табу. Құрал – жабдықтар: арнаулы қондырғы; гальванометр; тұрақты ток көзі. Теориядан қысқаша мәлімет Кез – келген зарядты немесе зарядталған денені қоршап тұрған кеңістікте электр өрісінің бар екені белгілі. Осы өріске орналастырылған басқа зарядқа Кулон күші әсер етеді. Электр өрісі өзінің әрбір нүктесінде екі физикалық шамамен сипатталады: біріншісі- электр өрісінің күштік сипаттамасы электр өрісінің кернеулік векторы , екіншісі - өрістің энергетикалық сипаттамасы, скаляр шама - өріс потенциалы . Модулі осы өрістің берілген нүктесіне орналастырылған бірлік нүктелік оң зарядқа әсер ететін күшке тең, ал бағыты осы күшпен бағыттас векторлық шаманы электр өрісінің кернеулігі деп атайды: . (1) Сан мәні осы өрістің берілген нүктесіне орналастырылған бірлік нүктелік оң зарядтың U потенциалдық энергиясына тең скалярлық шаманы электр өрісінің потенциалы деп айтады: . (2) Электр өрісінің потенциалы мен кернеулігінің арасындағы байланыс былай өрнектеледі: (3) скаляр шаманың градиенті деп, бағыты осы шамасының ең жылдам өсетін бағытымен бағыттас, ал модулі осы бағытта бірлік ұзындыққа орын ауыстырған кездегі - дің өзгеруіне тең векторлық шаманы айтады. (3) формуладағы минус таңбасы өріс кернеулігінің бағыты потенциалдың кему бағытымен бағыттас екенін көрсетеді. Егер, электр өрісінің күш сызықтары және потенциалы бірдей беттер, яғни эквипотенциалдық беттер түсініктерін қолдансақ, онда электр өрісінің әр нүктесіндегі кернеулік бағытын және потенциалдарының орналасуын өте көрнекті етуге болады. Егер белгілі бір сызықтардың әр нүктесінде жүргізілген жанама өріс кернеулігі векторының бағытын анықтайтын болса, онда осы сызықтарды электр өрісінің күш сызықтары деп атайды. Күш сызықтарына нормаль орналасқан бірлік аудан арқылы өтетін сызықтардың саны осы ауданның ортасындағы электр өрісінің кернеулік векторының сан мәнін анықтайды. Электростатикалық өрістің күш сызықтары тұйықталмайды, олар оң зарядтардан басталады да, теріс зарядтармен аяқталады. Күш сызықтары үздіксіз болып келеді және бір-бірімен қиылыспайды. Уақыт бойынша өзгермейтін электр өрісін электростатикалық өріс деп атаймыз. Электр өрісіндегі потенциалдары бірдей нүктелердің геометриялық орындары эквипотенциалдық бет деп аталады. Көрші орналасқан екі эквипотенциал беттердің кез-келген нүктелерінің потенциалдарының айырмасы тұрақты шама болады. Эквипотенциал беттердің тығыздығы арқылы өріс кернеулігінің шамасын болжамдауға болады. Электр өрісінің кернеулік векторлары, яғни өрістің күш сызықтары эквипотенциал беттерге нормаль болып орналасады. 1-сурет. Эквипотенциал беттер мен күш сызықтары. 1– суретте электр өрісінің күш сызықтары үздіксіз сызықтар арқылы, ал эквипотенциал беттер – штрих сызықтар арқылы көрсетілген. Тәжірибе жүзінде немесе теориялық зерттеулерде өріс кернеулігін анықтаудан электр өрісінің потенциалдарының орналасуын табу анағұрлым оңай. Сол себепті, бұл жұмыста электростатикалық өрістің потенциалдарының орналасуын тәжірибе жүзінде анықтаймыз. Осылайша табылған эквипотенциал беттерге ортогональ сызықтар жүргізу арқылы өрістің күш сызықтарын тұрғызамыз. Электростатикалық өрістегі потенциалдардың орналасуын зондтар тәсілімен зерттеуге болады. Ол үшін өрістің зерттелетін нүктесіне қосымша электрод- зонд орналастырылады. Бұл зонд осы нүктенің потенциалын қабылдай отырып, зерттелетін өріске өз тарапынан мейілінше аз ықпал етуі керек. Осы шарттар орындалған кезде, зондқа сым арқылы жалғанған прибор зерттелетін өрістегі потенциалдардың орналасуы жайында дұрыс мәлімет береді. Зондтар мен жұмыс істеудің қиындығы және жалпы электростатикалық өлшеулердің қиындығы электростатикалық өрістерді зерттеудің арнаулы тәсілдерін туғызады. Осындай тәсілдердің бірі тұрақты ток өткізетін ортаны пайдалана отырып, электростатикалық өрісті жасанды түрде моделдеу болып табылады. Осылайша, электростатикалық өрістің өзін емес, оның дәл және өте ыңғайлы моделін зерттейтін боламыз. Ток өткізетін ортаға екі электрод орналасып, олардың арасында тұрақты ток ағып тұр делік. Электродтардың арасындағы потенциалдардың орналасуы осы электродтар электростатикалық өріс тудырған кездегі олардың арасындағы потенциалдардың орналасуына өте ұқсас келеді. Зарядталған өткізгіштердің арасындағы электр өрісін зерттеу үшін, осы өткізгіштердің арасындағы тұрақты токтың электр өрісін зерттеу жеткілікті. Осы жоғарыда аталған электростатикалық өрісті моделдеу тәсілі практикада жиі қолданылады. Әсіресе бұл тәсіл күрделі электростатикалық өрістерді зерттеуге өте ыңғайлы (мысалы, көп электродты радиолампалар, электростатикалық линзалар, фотоэлектрондық көбейткіштер (ФЭУ) т.б.). жүктеу/скачать 0,89 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|