Кіріспе Зертханалық жұмыстар физика пәнінен студенттердің орындайтын оқу жұмысының маңызды түрі болып табылады және ол бағдарламада қарастырылған сағаттар көлемінде орындалады

Электр заряды қоршаған ортада электр зарядтарының арасындағы өзара әсерлесуі жүзеге асатын материяның ерекше түрі - өрісті туғызады. Электр өрісі бар кеңістік электр күштерінің байқалу аймағы болып табылады. Әрбір нүктедегі электр өрісі берілген нүктедегі өрістің күштік және энергетикалық сипаттамалары болып табылатын кернеуліктің және потенциалдың мәндерімен сипатталады.

Электр өрісін графикалық түрде күш сызығының көмегімен бейнелеуге болады.

Күш сызығы – электр өрісінің кернеулік векторымен дәл келетін жанама сызық. Күш сызықтары қиылыспайды, себебі әрбір нүктеде өрістің кернеулігін белгілі бір бағытқа ие. Өрісті графикалық түрде кескіндеу үшін күш сызықтарын немесе эквипотенциал беттерді қолдануға болады. Эквипотенциал бет деп потенциалдары бірдей болып келетін нүктелердің геометриялық орнын айтады.


1 сурет. Эквипотенциал және күш сызықтарының картинасы

(1) суретте зарядталған жазықтық пен нүктелік зарядтың жасайтын электростатикалық өрістің күш сызықтары (тұтас) және эквипотенциал (үзік) сызықтары көрсетілген. Эквипотенциал сызықтар сызба жазықтықтың эквипотенциал бетінің қимасында көрсетілген. Эквипотенциал беттерді бірдей қадаммен жүргізеді. Күш сызықтары сияқты олар да қиылыспайды, себебі өрістің әрбір нүктесінде -ң бір ғана мәні сәйкес келеді. Зарядты эквипотенциал бет бойымен атқарған жұмыс , себебі .

Екінші жағынан, күштің элементар орын ауыстырғанда атқаратын жұмысы

(1)

Бұдан және болса, .

Бұл зарядқа әсер ететін күш тең потенциалдар бетінің бойымен орын а уыстыруына перпендикуляр болатынын көрсетеді. Сондықтан күш сызықтары кез-келген эквипотенциал бетке перпендикуляр (2 сурет).

2 сурет. Күш (тұтас) және эквипотенциал (үзік) сызықтардың орналасуы

Берілген нүктеде өрістің кернеулігі потенциалмен

(2)

қатынасымен өрнектеледі, мұндағы

(4)

(2) және (4) өрнектерінен, әрбір нүктедегі электростатикалық өрістің кернеулік векторы сан жағынан күш сызықтарының бойымен потенциалдың өзгеру шапшаңдығына тең және потенциалдың кему жағына бағытталады:

Көптеген электрондық аспаптарды құрастыру кезінде электродтар арасындағы кеңістіктегі электростатикалық өрісті оқып үйрену қажет болады. Өрісті оқып зерттеу деген – оның әрбір нүктесінің мен потенциалдың мәндерін анықтау.

мен - ді теориялық есептеу қарапайым пішіндегі электродтардың жасайтын өрістері жағдайда мүмкін болады. Күрделі электростатикалық өрістер тәжірибе жүзінде зерттеледі.

Өрістерді зерттеу үшін оларды модельдеудің эксперименттік әдістерін қолданады. Олардың бірі электродтары бар әлсіз өткізгіш пластиналарды қолдануға негізделген.

Электродтарға электростатикалық өрісті модельденетін өрістегі потенциалдарды беретін электр өрісімен алмастырады. Зарядталған бөлшектердің қозғалмайтынына қарамастан, электродтардағы зарядтардың тығыздығы бірдей, себебі әлсіз өткізгіштен шығатын зарядтардың орнына үздіксіз жаңа зарядтар келіп түседі. Сондықтан электродтардың зарядтары кеңістікте осындай тығыздықтағы қозғалмайтын зарядтардың жасайтын өрісіндей өріс тудырады, ал электродтар эквипотенциал беттер болып табылады. Пластиналарды қолдану электростатикалыққа қарағанда жұмыс істеуде қарапайым және сезімтал ток өлшеуіш приборларды қолдануда тиімді болады.

Өрісті зерттеуде өріс нүктелерінің потенциалдарын өлшеу үшін зонд әдісімен эквипотенциал беттердің орындарын анықтаймыз. Электрлік зонд - потенциалын өлшейтін нүктеге қойылатын үшкір өткізгіш. Өткізгіш ортада зондтың потенциалы өрістің зерттелетін нүктесінің потенциалына тең.

Зерттеліп отырған өрістің эквипотенциал беттерінің бейнесі пайда болғаннан кейін күш сызықтарын (бетке ортогональ болады) жүргізу және қандай да бір нүктеде кернеулік векторының мәнін (5) формула бойынша ұзындық бөлігіндегі орташа мәні ретінде анықтау қажет:

, (6)

мұндағы және - көршілес эквипотенциал беттің потенциалдары. – олардың арасындағы ең қысқа ара қашықтық.

Бұл жұмыста электростатикалық өрісті оқып үйрену үшін әлсіз өткізгіш пластина әдісін қолданады.

Электростатикалық өрісті зерттеу үшін 3 суретте көрсетілген сызба бойынша электр тізбегін жинау қажет. Егер зондты 5 пластинаның кез-келген нүктесіне апарса, 1 тілшелі вольтметр осы нүктедегі екі электродқа қатысты потенциалы нөлге тең деп қабылданатын өрістің потенциалының мәнін көрсетеді. Сәйкес мәндерге зерттелетін өріс нүктелердің жиынтығы эквипотенциал бетті түзеді.