Номер 4, страница 188 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 6. Электрические явления. § 47*. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Темы докладов и проектов - номер 4, страница 188.

Условие.

4. Исследование электрического поля.

Решение.

Исследование электрического поля — это процесс определения его характеристик в различных точках пространства. Электрическое поле — это особый вид материи, существующий вокруг электрических зарядов и проявляющийся в силовом воздействии на другие заряды, помещенные в это поле. Основными целями исследования являются определение силовой характеристики поля (напряженности) и энергетической характеристики (потенциала), а также их графическое представление.

Основные характеристики электрического поля

Для полного описания электрического поля в любой его точке используются две основные физические величины:

1. Напряжённость электрического поля ($\vec{E}$): Это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой поля. Она равна отношению силы $\vec{F}$, действующей на точечный положительный пробный заряд $q_0$, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:

$\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q_0}$

Направление вектора напряжённости совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Единица измерения в СИ — вольт на метр (В/м) или ньютон на кулон (Н/Кл).

2. Потенциал электрического поля ($\varphi$): Это скалярная физическая величина, являющаяся энергетической характеристикой поля. Она равна отношению потенциальной энергии $W_p$ точечного пробного заряда $q_0$, помещенного в данную точку поля, к величине этого заряда:

$\varphi = \frac{W_p}{q_0}$

Потенциал определяет работу, которую совершают силы поля при перемещении единичного положительного заряда из данной точки в точку, потенциал которой принят за ноль. Единица измерения в СИ — вольт (В).

Разность потенциалов между двумя точками поля называется напряжением ($U = \varphi_1 - \varphi_2$). Связь между напряженностью и напряжением для однородного поля выражается формулой:

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

где $\text{d}$ — расстояние между точками вдоль силовой линии.

Графическое представление и методы исследования

Для наглядного представления электрические поля изображают графически с помощью силовых линий и эквипотенциальных поверхностей.

1. Силовые линии (линии напряжённости): Это воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают по направлению с вектором напряжённости $\vec{E}$.

• Силовые линии начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных (или уходят в бесконечность).
• Они непрерывны и никогда не пересекаются.
• Густота линий характеризует величину напряжённости поля: где линии гуще, там поле сильнее.

2. Эквипотенциальные поверхности: Это поверхности, во всех точках которых потенциал электрического поля имеет одинаковое значение ($\varphi = \text{const}$).

• Работа поля при перемещении заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю.
• Силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Экспериментальные методы исследования

Исследование структуры электрического поля экспериментально сводится к построению картины его силовых линий и эквипотенциальных поверхностей.

Метод моделирования в электролитической ванне:

Этот метод является одним из наиболее распространенных в лабораторной практике.
1. В неглубокую ванну с плоским дном наливают слабый электролит (например, дистиллированную воду).
2. В ванну погружают электроды, форма которых соответствует форме исследуемых заряженных тел (например, две пластины для моделирования плоского конденсатора или два стержня для диполя).
3. К электродам подключают источник постоянного напряжения.
4. С помощью вольтметра, один щуп которого подключен к одному из электродов (нулевой потенциал), а второй (измерительный щуп) перемещается в ванне, находят точки с одинаковым потенциалом.
5. Соединив на плане эти точки, получают эквипотенциальные линии.
6. Проведя к полученным линиям семейство ортогональных кривых, строят картину силовых линий электрического поля.

Метод визуализации с помощью диэлектрических частиц:

Для качественной визуализации силовых линий можно использовать мелкие диэлектрические частицы (например, манную крупу, мелкие опилки или семена трав) во взвеси в диэлектрической жидкости (касторовом масле). При создании в жидкости электрического поля частицы поляризуются и выстраиваются в цепочки вдоль силовых линий, делая их видимыми.

Ответ:

Исследование электрического поля заключается в определении его основных характеристик — напряжённости ($\vec{E}$) и потенциала ($\varphi$) — в пространстве. Это достигается путем измерения сил, действующих на пробный заряд, или измерения разности потенциалов. Для наглядного представления поля строят его графическую модель с помощью силовых линий (указывающих направление и величину силы) и эквипотенциальных поверхностей (поверхностей равного потенциала). Экспериментально картину поля можно получить, например, методом моделирования в электролитической ванне, где с помощью вольтметра находят и наносят на план эквипотенциальные линии, а затем достраивают перпендикулярные им силовые линии.