Предисловие

Настоящее руководство предназначено для использования студентами ОТИ МИФИ на лабораторных занятиях по физике по разделу «Электричество и магнетизм».

При подготовке руководства использованы материалы «Физического практикума» МГУ под редакцией В. И. Ивероновой, М., Физматгиз, 1968; «Руководства к лабораторным занятиям» под редакцией Л. Л. Гольдина, М., Наука, 1973. Основой для составления руководства послужил ныне используемый в ОТИ МИФИ сборник лабораторных работ по электричеству и магнетизму Лисицына С.Г., Оконникова Е.Г. и Синяпкиной Г.И.

Сборник содержит работы по основным разделам электромагнетизма. Изложение теории носит, в основном, конспективный характер, чтобы не дублировать содержание стандартных учебников. Список литературы, общий для всех работ, приведен в конце данного сборника. Этот список не является исчерпывающим, в него включены лишь те учебники, которые в заметном количестве имеются в библиотеке ОТИ МИФИ.

Авторы признательны Н.В. Леонтьевой за помощь в постановке лабораторных работ №5 и №11.

Методические указания

Приступая к выполнению лабораторных работ, необходимо внимательно ознакомиться с устройством установки, на которой предстоит проводить измерения и отчетливо представлять себе порядок выполнения работы. Необходимо при этом все действия с установками выполнять аккуратно и осторожно, все соединения и переключения в схемах производить только на обесточенных установках.

В ходе измерений необходимо систематически вести запись результатов в лабораторную тетрадь. Для этого перед началом измерений в тетрадь рекомендуется начертить таблицы, форма которых указана в описаниях к лабораторным работам. Графики рекомендуется выполнять на миллиметровой бумаге.

При подсчете погрешностей измерений необходимо пользоваться методикой, изложенной в руководстве по разделу «Механика».

Теоретические сведения, приведенные в руководстве, как правило, весьма краткие и не заменяют учебника. При подготовке к занятиям необходимо пользоваться учебниками, список которых приведен в конце настоящего руководства.

Работа № 1 изучение электростатического поля

Цель работы:	экспериментально найти эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатического поля.
Приборы и принадлежности:	нуль-гальванометр, щупы (подвижный и неподвижный), ванна со слабым раствором медного купороса, источник постоянного тока, набор электродов различной формы, цветные карандаши (для первой части работы).

Введение

Взаимодействие электрических зарядов друг с другом описывается с помощью электрического поля, основными характеристиками которого являются его напряженность E и потенциал . Вектор напряженности поля определяет силу, действующую на заряд, находя­щийся в электрическом поле, а именно: сила F, действующая на точечный заряд q, помещен­ный в некоторую точку поля, есть:

F=qE (1),

где E- вектор напряженности поля в этой точке.

Работа, которую совершает электрическое поле над единичным положительным зарядом при переносе его из точки 1 в точку 2, равна разности потенциалов между этими точками:

А₁₂ =₁–₂ (2).

Тем самым, потенциал  определяет потенциальную энергию W_n заряда q, находящегося в данной точке поля:

W_п=q. (3).

Поскольку работа определяется разностью потенциалов, то сам потенциал определяется с точностью лишь до произвольной аддитивной постоянной.

Сами величины E и  связаны друг с другом следующим образом:

E= – grad  (4).

В формуле (4) нетрудно разглядеть известное из механики соотношение между силой и потенциальной энергией: F= – grad W_п, которое получается из (4) если умножить обе части равенства на заряд q и учесть (1) и (3).

Можно графически изображать поле с помощью силовых линий или эквипотенциальных поверхностей. Силовой линией или линией электрического поля называется такая линия, касательная к каждой точке которой, совпадает с направлением вектора напряженности E в данной точке. Силовые линии начинаются на положительных и оканчиваются на отрицательных зарядах, и либо одним, либо обоими своими концами уходят в бесконечность. Густота силовых линий пропорциональна величине вектора напряженности поля.

Эквипотенциальные поверхности, это поверхности равного потенциала. Силовые линии всегда направлены перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям (см. рис. 1). Из сказанного следует, что задание вектора напряженности E или потенциала  эквивалентно, вопрос лишь в том, какая из величин E или  удобнее. Более подробно о свойствах силовых линий и эквипотенциальных поверхностей см. Приложение 1 к работе.

Изучение электрического поля в данной работе проводится методом электролитической ванны.