Способ моделирования поля электрического заряда и устройство для его реализации

 

Использование: изготовление учебных пособий для моделирования взаимодействия тел на расстоянии. Сущность изобретения: моделирование взаимодействия испытуемого и пробного тел, сообщение им электрического заряда, фиксирование направления движения пробного тела в электрическом поле испытуемого тела и соответственно установление радиального направления стрелок силовых линий электрического поля наглядных пособий и представлений. При этом условия испытаний более объективны, так как дополняется структура закона Кулона законом Ньютона о взаимном тяготении тел, а использование незаряженных пробных тел с обеспечением естественной идентичности операций по сообщению им зарядов, фиксирование единого направления движения их в поле испытуемого тела приводят к получению единых наглядных представлений о заряде, как источнике. 2 с.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к средствам обучения и может быть использовано для создания учебных пособий и наглядных представлений о силовом поле зарядов и поле их взаимодействия, моделирования взаимодействия зарядов гравитационных зарядами электрическими.

Фиг. 1 дает наглядное представление о электрических зарядах обоих знаков с идентично направленными силовыми линиями их полей; на фиг. 2 представлено электростатическое поле взаимодействия одноименно заряженных тел обоих знаков; на фиг. 3 электростатическое поле взаимодействия разноименно заряженных тел, силовые линии которых прерываются в плоскости равноудаленной от заряженных тел (в условиях равенства сил зарядов); на фиг. 4 прямой электрет (или магнит) с силовыми линиями полей его полюсов; на фиг. 5 и 6 схема устройства, при помощи которого осуществляется способ и демонстрируются геометрические представления о взаимодействии тел.

Устройство, реализующее способ, содержит основание 1, установленные на нем два тела в виде цилиндрических гильз 2 из металла, вблизи каждой из них помещен на подвесе шарик 3, между гильзами, на равных расстояниях от них, размещен по меньшей мере один электроскоп 4, к гильзам, в нижней их части, прикреплены токопроводящие элементы 5, с клеммами 6, к которым подключаются полюса источника тока, к наружной поверхности гильз 2 по окружности в радиальных плоскостях прикреплены лепестки 7, так, чтобы не задевать нижней кромкой основание 1, выполненные из электризующегося материала в виде флажков.

Способ моделирования поля электрического заряда ставит задачу повышения достоверности процесса испытаний взаимодействия заряженных тел и наглядных представлений о электростатическом поле путем определения вектора силовых линий этого поля и визуализации их, а также регистрации сил взаимодействия заряженных тел.

Способ заключается в возбуждении электростатического поля заряженных тел, визуализации силовых линий электростатического поля, внесении в электростатическое поле каждого заряженного тела по крайней мере одного незаряженного пробного тела до контакта с ним, при этом возбуждение электростатического поля заряженных тел осуществляют разноименными зарядами, визуализацию силовых линий электростатического поля производят по движению лепестков электроскопа, размещенного в плоскости равноудаленной от центров заряженных тел, после чего регистрируют разрывы силовых линий электростатического поля, при этом при изменении напряженности электростатического поля фиксируют положения размещенных в радиальных плоскостях электроскопа лепестков и проецируют их на заданную проекционную плоскость для определения ориентации силовых линий электростатического поля, после чего регистрируют силу взаимодействия заряженных тел, значение которой сравнивают со значением величины силы взаимодействия заряженных тел, описываемой следующим выражением: , где m₁ и m₂ массы заряженного и пробного тел, ±(q_m1 и q_m2) величины и знаки зарядов заряженного и пробного тел, r расстояние между взаимодействующими телами, К и γ коэффициенты пропорциональности электростатического и гравитационного взаимодействия, соответственно, F значение силы взаимодействия между заряженным и пробным телами, причем по результатам сравнения вычисленной и измеренной величин силы взаимодействия определяют направление вектора силовых линий поля.

Реализация способа осуществляется следующим образом. Для соблюдения идентичности условий взаимодействия заряженных тел и пробных тел, повышения достоверности визуализации силовых линий электростатического поля заряженных тел и определения вектора силовых линий электростатического поля к каждой гильзе 2, имеющей положительный или отрицательный заряд, подносят незаряженное пробное тело в виде шарика 4 и контактом с гильзой передают шарику ее заряд, шарик 3, отталкиваясь, радиально движется от гильзы 2, определяет этим единое направление вектора силовой линии поля независимое от знака заряда. Прикрепление к гильзам 2 лепестки 7, электризуясь, демонстрируют ориентацию силовых линий поля, взаимодействующих одноименных или разноименных заряженных тел 2, и направление стрелок силовых линий, а помещенный между гильзами электроскоп 4 демонстрирует и определяет изменения или "разрыв" напряженности поля и измеряет ее уровень, фиксируют положение лепестков 7 и проецируют их на заданную плоскость для определения ориентации силовых линий электростатического поля.

Формула изобретения

1. Способ моделирования поля электрического заряда, заключающийся в возбуждении электростатического поля заряженных тел, визуализации силовых линий электростатического поля, внесении в электростатическое поле каждого заряженного тела, по крайней мере одного незаряженного пробного тела до контакта с ним, отличающийся тем, что возбуждение электростатического поля заряженных тел осуществляют разноименными зарядами, визуализацию силовых линий электростатического поля производят по движению лепестков электроскопа, размещенного в плоскости, равноудаленной от центров заряженных тел, после чего регистрируют разрывы силовых линий электростатического поля, при этом при изменении напряженности электростатического поля фиксируют положения размещенных в радиальных плоскостях электроскопа лепестков и проецируют их на заданную проекционную плоскость для определения ориентации силовых линий электростатического поля, после чего регистрируют силу взаимодействия заряженных тел, значение которой сравнивают со значением величины силы взаимодействия заряженных тел, описываемой выражением
где m₁ и m₂ массы заряженного и пробного тел;
величины и знаки зарядов заряженного и пробного тел;
r расстояние между взаимодействующими телами;
K и γ - коэффициенты пропорциональности электростатического и гравитационного взаимодействия соответственно;
F значение силы взаимодействия между запряженным и пробным телами,
причем по результатам сравнения вычисленной и измеренной величин силы взаимодействия определяют направление вектора силовых линий поля.

2. Устройство для моделирования поля электрического заряда, содержащее два тела, соединенных с источником тока, сообщающим электрические заряды телам, и закрепленное на подвесе пробное тело в виде шарика, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным пробным телом в виде шарика, размещенного на подвесе, и расположенным между телами по меньшей мере одним электроскопом, при этом каждое тело выполнено в виде цилиндрической гильзы из металла, на внешней поверхности которой у основания закреплены лепестки, указывающие направления силовых линии и выполненные из электризующегося материала в виде флажков, равномерно распределенных по окружности в радиальных плоскостях, а подвесы с шариками расположены на одинаковом расстоянии от верхних частей гильз.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6