Исследование - электростатическое поле
Cтраница 1
Исследование электростатического поля заключается в нахождении величины и направления напряженности в любой его точке. Таким образом, задача сводится к построению силовых линий такого поля. Но силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям, поэтому достаточно найти положение этих поверхностей, а затем можно построить и силовые линии. Найти распределение потенциалов в данном поле легче, чем определить направление силовых линий, поэтому обычно определяют положение и форму эквипотенциальных поверхностей. [1]
 |
Картины расположения линий магнитного поля. а - проводника с током. б - соленоида. в - постоянного магнита. [2] |
Для исследования электростатического поля выбирают пробный заряд, а для магнитных полей - элемент тока в виде замкнутого контура малых размеров. Подводящие провода сплетаются вместе, тогда их суммарное поле равно нулю, так как по проводникам текут два равных тока в противоположных направлениях. Рамку из п витков можно рассматривать как рамку из одного витка, по которому течет ток в п раз больший. [3]
Описанный метод исследования электростатического поля имеет не только иллюстративное значение, но и широкие применения на практике. [4]
В данном случае исследование электростатического поля сводится к решению однородных дифференциальных уравнений относительно потенциала ( уравнений Лапласа и Пуассона) при соответствующих граничных условиях. [5]
Подобно тому, как при исследовании электростатического поля использовались точечные заряды, при исследовании магнитного поля используется замкнутый плоский контур с током ( рамка с током), линейные размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация контура в пространстве определяется направлением нормали к контуру. [6]
Подобно тому, как при исследовании электростатического поля использовались точечные заряды, при исследовании магнитного ноля используется замкнутый плоский контур с током ( рамка с током), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация контура в пространстве характеризуется направлением нормали к контуру. [7]
Подобно тому, как при исследовании электростатического поля использовались точечные заряды, при исследовании магнитного поля используется замкнутый плоский контур с током ( рамка с током), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация контура в пространстве характеризуется направлением нормали к контуру. [8]
Почему в некоторых случаях целесообразно перейти от исследования электростатического поля к экспериментальному изучению электрического поля тока в проводящей среде. [9]
Из подобия граничных условий следует, что проводящая среда с током может служить моделью для исследования электростатического поля, если проводимость v среды заменить диэлектрической проницаемостью е, заданной для моделируемого диэлектрика, а электроды в обоих случаях расположить одинаково. Поле в неоднородном диэлектрике, различные области которого имеют неодинаковую диэлектрическую проницаемость е, можно также моделировать на проводящей среде, если подобны распределения е и у. [10]
Ортогональность силовых линий и поверхностей равного потенциала существенно облегчает как экспериментальное, так и теоретическэе исследование электростатического поля. Именно, коль скоро найдены значения вектора напряженности поля, облегчается задача нахождения поверхностей равного потенциала. Справедливо и обратное: найденное положение поверхностей равного потенциала позволяет построить силовые линии поля. Последняя возможность и реализуется в настоящей лабораторной работе. [11]
Из подобия граничных условий следует, что проводящая среда с током может служить моделью для исследования электростатического поля, если проводимость v среды заменить диэлектрической проницаемостью е, заданной для моделируемого диэлектрика, а электроды в обоих случаях расположить одинаково. Поле в неоднородном диэлектрике, различные области которого имеют неодинаковую диэлектрическую проницаемость е, можно также моделировать на проводящей среде, если подобны распределения е и у. [12]
Учитывая связь между этими величинами [ см. (1.28) ], согласно которой линии напряженности и эквипотенциальные поверхности взаимно перпендикулярны, для исследования электростатического поля достаточно найти распределение в пространстве одной из этих двух характеристик поля. Экспериментально проще изучать распределение потенциала, так как большинство приборов, пригодных для изучения полей, измеряют разности потенциалов, а не напряженности поля. [13]
Из определения дебаевской длины ясно, что это параметр макроскопический, не зависящий от действительных размеров электронов или от дробления электронов на части. Нетрудно сделать следующие заключения. Во-первых, вследствие ограниченности кинетической энергии частиц сколько-нибудь заметное разделение зарядов на расстояниях, превышающих дебаевскую длину или даже приближающихся к ней, в плазме невозможно. При исследовании электростатического поля у границы плазмы, например вблизи электрода в газовом разряде, обнаруживается область, для которой условие квазинейтральности не выполняется ( частицы под действием поля ускоряются), а также область, в которой условие электрической нейтральности почти выполняется и среда может рассматриваться как плазма. Таким образом, наложение на плазму внешнего электростатического поля приводит к появлению граничного слоя и переходной области, толщина которой порядка дебаевской длины. Следовательно, при наличии каких-либо внешних граничных условий толщина плазмы должна быть по крайней мере порядка нескольких дебаевских длин; только в этом случае можно говорить о плазме. При этом предполагается, что плазма в некотором смысле представляет собой непрерывную среду. Последнее предположение имеет смысл только в том случае, если число частиц в дебаевской сфере ( радиусом 1D) достаточно велико. [14]
Страницы: 1