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电场

Overview

资料来源: 陈博士体育永,物理系 & 天文学、 科技大学、 普渡大学、 西拉斐特,在

电场在它周遭的空间,由被控对象 (称为源电荷) 和代表施加电场力对另一个被控对象 (称为测试电荷) 的能力。由在任何给定的点在空间中的向量表示,电场是每单位测试电荷放在该点上 (任意电荷上的力会时间电场电荷) 的电力量。电场是电力和影响的收费,根本和它与电气电压等其他重要数量也关系密切。

本实验将使用油中排队与电场产生的带电电极进行可视化电场线的电气化的粉末。本实验还将演示如何电场能诱导收费和收费回应电场通过观察带电的杆影响一个附近的汽水罐。

Principles

被控的对象产生电场在周围的空间。例如,根据高斯定律,点电荷 Q 原点上产生电场:

Equation 1(方程 1)

在距离从收费空间中任何一点 (在起源 r = 0),电场的方向是沿径向方向 (从电荷 Q 是积极的如果和充电如果 Q 是负向)。收取费用会产生一个总的电场叠加原理,即总的电场是由个别收费产生的电场的矢量和。为总电荷 Q 均匀带电球面,范围之外产生的电场是领域的电场 (给出的方程 1) 相同点状电荷 Q 位于中心,而内球面的电场就会是领域的零。

如果你跟随到描绘出向量场的局部电场的方向线路,这些线路 (其正切反映了电场作用下,局部方向和线的密度反映了当地的电场强度) 被称为"电场线"。他们是帮助可视化的分布和电场方向的虚拟线。

电场是密切相关的电潜力。电场作用下会产生潜力下降 (或"电压降") 沿方向的字段。相反,方便地生成电场是适用的电位差。例如,如果两个不同电压对两个分离的导体 (或非零电压导线,同时另一个导体"接地"零电压),然后生成指向方向从高电压导线至较低的电压导线的两个导体之间的空间电场分布。

电场 (E) 将施加的力,

Equation 2

(q) 充电。力的方向是电场积极 q,与电场负 q 相同。如果导体 (如金属) 包含移动收费被放置在电场中,电场将推正电荷"下游"方向电场和拉负收费 (如电子)"上游"相反方向的电场,直至收费积累的边界 (表面) 的导体,不能移动进一步。这会导致在导体在电场作用下,一种现象也被称为"极化"由电场正负电荷分离。甚至对于绝缘子收费是比那些在导体中较不流动,部分"极化"(那里稍流离失所的消极和积极的收费) 可以发生在电场作用下。电场将尽量从负位移与正电荷与场的方向保持一致。如果电场是空间不均匀,这样不要取消这些分离的积极和消极的电荷的受力,合力将施加极化的对象。

Procedure

1.可视化电场线

  1. 获得 (如掌上电脑的静态 Genecon 或范格拉夫发电机) 静电发生器、 一对放置在同心圆配置中,电极和对电极排列互相平行。
  2. 获取一个培养皿或观察坦克、 装满油 (如蓖麻油),和在油中添加电气化极化粉末 (如粗面粉种子)。
  3. 加载的电极用平行电极配置上观察罐持有人。连接到"−"(地面) 的两个电极和"+"() 终端的静电发生器,分别负责,如图 1所示。用夹,可以通过电缆进行连接。

Figure 1

图 1:图中显示的两个铜导线相连,另一端 (浸入油) 的电线的发电机,原理图与一对平行电极相连。

  1. 打开曲柄的发电机,将积极在电极上的收费连接到"+"终端。至少 5 充分的转弯。观察的行为的粉末。
  2. 使用电缆将直接短"−"和"+"终端电荷。断开终端连接电极。
  3. 接下来,同心圆电极配置加载到持有人和电极再次连接到发电机的终端,如图 2所示。在盘子里随机粉搅拌油。

Figure 2

图 2:图中显示的两个铜导线相连,另一端 (浸入油) 的电线的发电机,原理图与一对分别为内环与外环形状的电极相连。

  1. 曲柄的发电机 (至少 5 圈) 和充电电极,并观察这道菜中粉末的行为。

2.电场的影响

  1. 获取一个空可乐罐和休息一边 (所以它可以自由地卷) 上表
  2. 获得的压克力棒;擦它用毛皮来给它充电。
  3. 带杆接近空可乐罐,并观察易拉罐的响应。
  4. 撕纸一小片和带给带电棒,观察其行为。

Results

对于步骤 1.4,粉将开始形成,如图 3所示的电极之间的线条图案。这是因为粉末两极化,将线上与电场。他们也被引向更强,即接近正极领域在哪里。因为石油是非常粘稠,粉末不明显移动。粉末的模式可视化"电场线"。

Figure 3
图 3:图显示可能由粉,油,对齐到对应于图 1的带电电极产生的电场中的代表线模式。线条图案反映电场线和可视化的电场。

步 1.7 外中心环 (由"+"电极), 粉的形式径向线模式,如图 4所示。这表明,电场存在内圈外。然而内, 环内的粉上去是随机的并不构成校准的图案。这反映了内环的电场是近似为零。

Figure 4
图 4:显示代表线条图案由粉油中的电场响应窗体产生的带电电极对应于图 2的图。线条图案反映电场线和可视化的电场。随机分布 (图样所缺乏的线) 的内环内粉反映了对齐方式缺乏或缺乏足够强度的电场存在。

2.3 和 2.4 的步骤,苏打水可以和试纸会被吸引和走向带电杆。接近杆与杆距离更远较弱,这是因为苏打水可以和试纸会被极化电场作用下,和电场越强。因此,由更强大的力量相比,这些相反的电荷,推离杆拔收费由电场接近杆,拉扯。这将产生对杆的净吸引力力。

Application and Summary

在这个实验中,我们有可视化电场使用油中与电场线对齐的电气化的粉末。我们还演示了产生电荷杆来吸引极化物体推向杆,,源电场的电场是强电场的影响。

电场是无处不在。每当有收费或电压 (电势) 差异有电场。电场力推收费 (通常电子) 向窗体在任何电路中的电流。电场也负责我们所看到和经历的火花在干燥的气候 (通常在冬天的时候)。当某些操作 (例如,揉一件毛衣,删除它时) 产生足够数量的费用,从而一个足够强的电场时,字段可以导致瞬态电传导在空气 (也称为"击穿",电场是足够强大,不仅对立的空气分子,而是即使撕掉电子从空气分子)并引起火花。

实验的作者承认援助的加里 · 哈德逊的材料制备和 Chuanhsun 李演示视频中的步骤。

Tags

Electric FieldElectricityCharge charge InteractionsElectrical PotentialCharged ObjectMagnitudeDistanceForcePhenomenaExperimentGauss s LawSource ChargeDistanceCoulomb s ConstantField StrengthElectric Field Lines

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0:05

Overview

0:59

Principles of Electric Fields

4:30

Visualizing Electric Field Lines

6:45

Induced Polarization and Electric Field Forces

8:41

Applications

9:50

Summary

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