آزمایش (3) : بررسی خطوط هم پتانسیل و رسم خطوط میدان الکتریکی
هدف آزمایش : ترسیم خطوط هم پتانسیل و خطوط میدان الکتریکی مربوط به بارهای الکتریکی
وسایل آزمایش : 3 عدد الکترود، الکترود با دسته ی عایق، ولتمتر، منبع تغذیه، تعدادی سیم رابط، ظرف شیشه ای، کاغذ میلی متری
تئوری آزمایش :
1 ) میدان الکتریکی E : برای تعریف عملی میدان الکتریکی، بار آزمون کوچک را (که برای سهولت مثبت فرض می شود) در نقطه ای از فضا که مورد آزمایش است قرار می دهیم و نیروی الکتریکی F را (در صورت وجود) که بر این ذره وارد می شود، اندازه گیری می کنیم. میدان الکتریکی E در این نقطه به صورت زیر تعریف می شود :
در اینجا E یک بردار است زیرا F بردار و کمیت نرده ای است. جهت E همان جهت F است. یعنی همان جهتی که بار مثبت ساکن واقع در نقطه ی موردنظر، در آن جهت میل به حرکت خواهد داشت.
هنگام استفاده از معادله ی بالا باید از بار آزمونی که تا حدامکان کوچک است استفاده کنیم. یک بار آزمون بزرگ ممکن است بارهای اصلی ایجاد کننده ی میدان را آشفته سازد و در نتیجه برای دقت بیشتر باید معادله ی زیر را به جای معادله بالا به کار برد :
فرض کرده که بار آزمون به فاصله ی r از بار نقطه ای q قرار داشته باشد. بزرگی نیروی وارد بر از قانون کولن به دست می آید، یعنی :
میدان الکتریکی در محل بار آزمون، از معادله ی :
به دست می آید.
راستای E بر خط شعاعی ممتد از q منطبق است و جهت آن اگر q مثبت باشد، به طرف خارج و اگر q منفی باشد، به طرف داخل است.
خطوط نیرو، هنوز هم راه مناسبی برای تجسم نقشهای میدان الکتریکی اند. این خطوط تصویر روشنی از چگونگی تغییرات E را در ناحیه ی معینی از فضا به دست می دهند. میدان الکتریکی E در هر مسیری که میدان طی شود، به طور کاملاً پیوسته تغییر می کند. مماس بر هر خط نیرو در هر نقطه راستای E در آن نقطه را به دست می دهد.
2 ) پتانسیل الکتریکی : میدان اطراف میله ی باردار را نه تنها به وسیله ی میدان الکتریکی (برداری) E بلکه به وسیله ی یک کمیت نرده ای مانند پتانسیل الکتریکی V ، نیز می توان توصیف کرد. برای پیدا کردن اختلاف پتانسیل الکتریکی میان دو نقطه ی B , A در میدان الکتریکی، باز آزمون q را از A تا B طوری حرکت می دهیم که همیشه در حال تعادل باشد، و کار را که باید توسط عامل حرکت دهنده ی بار انجام شود، اندازه گیری می کنیم. اختلاف پتانسیل الکتریکی با رابطه ی زیر تعریف می شود :
یکای SI اختلاف پتانسیل که از معادله ی بالا نتیجه می شود، ژول بر کولن است که برای معرفی آن از یکای خاصی به نام ولت با نماد V استفاده می شود.
اما هنگامی که مسافت dLبه طرف چپ توسط جسم طی شود، در جهت کاهش r داریم :
از طرفی و
بنابراین
با قراردادن این رابطه در معادله ی صفحه ی قبل داریم :
از طرفی
با انتخاب نقطه ی مرجع A در بینهایت و با انتخاب در آن نقطه و حذف شاخص پایین B داریم :
در هر نقطه پتانسیل حاصل از یک گروه بار نقطه ای به ترتیب زیر به دست می آید :
الف ) محاسبه ی پتانسیل مربوط به هر بار، با این فرض که بارهای دیگری وجود ندارند.
ب ) جمع کردن مقادیری که به این ترتیب به دست می آید، یعنی :
که در آن مقدار بار x ام و فاصله ی این بار از نقطه ای موردنظر است. این علامت جمع به کار رفته، مربوط به علامت جمع جبری است و نه جمع برداری که نظیر آن در محاسبه E به کار می رود.
3 ) دو قطبی و پتانسیل حاصل از آن : دوبار با علامت مخالف ، که به فاصله ی 2a از یکدیگر قرار دارند، دو قطبی الکتریکی را تشکیل می دهند. این دوبار در فضا کاملاً بر هم منطبق نیستند و در نتیجه اثرهای الکتریکی آنها در نقاط دور، یکدیگر را به طور کامل خنثی نمی کنند. بزرگی گشتاور دو قطبی الکتریکی مساوی با 2aq و جهت آن از بار منفی به طرف بار مثبت است.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 8 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلودمقاله بررسی خطوط هم پتانسیل و رسم خطوط میدان الکتریکی
