Готовые работы → Технические дисциплины

Лабораторная работа № 3. Исследование электрического поля Земли

2015

С условиями соглашения согласен (согласна)

Скачать методичку, по которой делалось это задание (0 кб)

Содержание

Лабораторная работа № 3. Исследование электрического поля Земли

Цель работы: изучить зависимости характеристик электрического поля Земли от высоты, силы взаимодействия пробного заряда и Земли от величины пробного заряда и энергии заряда в электрическом поле Земли от величины заряда.

Краткая теория

Всякое заряженное тело создает вокруг себя электрическое поле, которое характеризуется напряженностью Е и потенциалом φ. Напряженность электростатического поля - векторная физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля:

,

где   F– сила,

Q₀ – пробный заряд внесенный в электрическое поле.

Напряженность электрического поля на расстоянии r от центра шара с зарядом Q, создающего поле, равна:

,                                            (3.1)

где k = 9×10⁹ м/Ф - электрическая постоянная;

Q - заряд тела, создающего поле;

r- расстояние от центра тела, создающего электрическое поле, до точки, в которой рассчитывается напряженность поля Е.

Cила, с которой поле шара действует на заряд q, равна:                 

                                            (3.2)

Потенциал электрического поля на расстоянии rот центра тела, создающего поле, равен потенциальной энергии заряда в 1 Кл в этой точке поля:

.                                                  (3.3)

Потенциальная энергия заряда q в этой точке поля равна:

.                                     (3.4)

Планета Земля обладает отрицательным электрическим зарядом. Объяснение появления не скомпенсированного заряда планеты объясняется радиоактивным распадом нуклонов в толще Земли. Активный распад нуклонов в древние времена приводило к дисбалансу электрического заряда. Свободные электроны должны были выделяться при распаде и создавать заряд Земли и значит, вокруг нее существует электрическое поле. Поле планеты не похоже на поле заряженного шара. В атмосфере Земли на расстоянии в несколько десятков километров от поверхности содержится объемный положительный заряд, который тоже создает электрическое поле напряженностью Е ≈ 1300 В/м. У самой поверхности планеты атмосфера не создает поля (если считать Землю и атмосферу сферически симметричными), поэтому напряженность поля Земли на поверхности равна напряженности шара

.

Выше над поверхностью планеты поле представляет собой электрическое поле сферического конденсатора.

Заряд Земли играет огромную роль в протекании процессов в атмосфере. Полярное сияние, молнии, изменение погоды, образование тайфунов объясняются зарядом Земли с положительным зарядом атмосферы. Радиоволны огибают земной шар, а не уходят по прямой линии в космос, из-за наличия у Земли ионосферы. Радиоволны отражаются по переменно от ионосферы (ионизированный газ) и от поверхности земли, огибают земной шар. По современным представлениям ионосфера состоит из отрицательно заряженных свободных электронов и положительных ионов (О⁺ и NO⁺). Ионы и электроны образуются в результате ионизации, которая заключается в отрыве электрона от нейтральных атомов, ультрафиолетовым, рентгеновским и корпускулярным излучением Солнца.

Земля и ионосфера играют роль обкладок конденсатора. Емкость сферического конденсатора равна:

                                               (3.5)

Возникающая между обкладками разность потенциалов приводит к появлению электрического поля атмосферы, приведенном на рисунке 1.1 (Б). Диэлектрическая постоянная ε воздуха равна 1. Напряженность электрического поля внутри конденсатора находится по формуле:

                                                        (3.6)

Потенциал поля                                                                        (3.7)

Формулы для напряженности и потенциала электрического поля шара и сферического конденсатора не отличаются друг от друга в области между обкладками конденсатора, поэтому мы моделируем характеристики электрического поля Земли в данной лабораторной работе, считая, что наша планета обладает полем заряженного шара, т.е. не учитывая положительный заряд атмос­феры. Форму Земли можно представить в виде шара с радиусом R_З = 6.37·10⁶ м. Электрическое поле шара, представленное с помощью силовых линий, изображено на рисунке 3.1 (А).

Рисунок 3.1. Графическое изображение электрического поля Земли с помощью линий напряженности Е. А) Электрическоеполе шара без атмосферы; Б) Электрическоеполе сферического конденсатора (Земля и атмосфера).

На рисунке представлены линии напряженности электрического поля, которые расходятся от центра Земли радиально и стрелки направлены к Земле (отрицательный заряд

Все темы готовых работ →

Другие готовые работы по теме «технические дисциплины»