Темы докладов, страница 245 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Способы получения однородного электрического поля.

Однородное электрическое поле — это электрическое поле, вектор напряженности $ \vec{E} $ которого одинаков во всех точках пространства как по величине, так и по направлению. Силовые линии такого поля представляют собой параллельные прямые, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга.

Основным и наиболее распространенным способом создания поля, близкого к однородному, является использование плоского конденсатора.

Создание однородного поля с помощью плоского конденсатора

1. Устройство: Берутся две плоские параллельные проводящие пластины больших размеров.

2. Зарядка: Пластины располагают на небольшом расстоянии $\text{d}$ друг от друга и подключают к полюсам источника постоянного напряжения $\text{U}$. В результате одна пластина заряжается положительно (с поверхностной плотностью заряда $ +\sigma $), а другая — отрицательно (с поверхностной плотностью заряда $ -\sigma $).

3. Результат: В пространстве между пластинами, вдали от их краев, возникает электрическое поле. Силовые линии этого поля перпендикулярны пластинам и направлены от положительной пластины к отрицательной. В этой центральной области напряженность электрического поля постоянна в каждой точке, то есть поле является однородным.

Напряженность $\text{E}$ этого однородного поля можно рассчитать по формуле, связывающей ее с напряжением $\text{U}$ между пластинами и расстоянием $\text{d}$ между ними:

$ E = \frac{U}{d} $

Эта формула показывает, что при постоянном напряжении и расстоянии между пластинами, напряженность поля будет постоянной величиной.

Также напряженность поля внутри конденсатора связана с поверхностной плотностью заряда $ \sigma $ на его пластинах:

$ E = \frac{\sigma}{\varepsilon_0 \varepsilon} $

где $ \varepsilon_0 $ — электрическая постоянная (пермитивность вакуума), а $ \varepsilon $ — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, находящегося между пластинами (для вакуума $ \varepsilon = 1 $).

Примечание: Идеально однородное поле можно было бы получить только от двух бесконечных параллельных заряженных плоскостей. В реальном плоском конденсаторе поле является однородным только в центральной части. У краев пластин наблюдается искривление силовых линий, и поле становится неоднородным (это явление называют краевым эффектом). Для того чтобы поле было максимально близким к однородному, размеры пластин должны быть значительно больше расстояния между ними.

Ответ: Основным способом получения однородного электрического поля является использование двух больших параллельных проводящих пластин, заряженных равными по модулю, но противоположными по знаку зарядами. Такое устройство называется плоским конденсатором. В центральной области между пластинами электрическое поле практически однородно.