Учебно-исследовательский вычислительный эксперимент по расчёту распределения электростатического поля вокруг равномерно заряженного отрезка, произвольно расположенного в пространстве

Аннотация

Разработан учебно-исследовательский вычислительный сценарий для расчёта распределения скалярного электрического потенциала и напряжённости электрического поля вокруг равномерно заряженного отрезка прямой, произвольно расположенного в пространстве. Точка наблюдения также произвольно расположена в пространстве. Решение получено посредством векторного анализа без применения геометрических построений. Результирующие выражения для расчёта распределения электростатического поля записано по правилам векторной алгебры инвариантно по отношению к выбору системы координат. Вычислительный эксперимент проводился в декартовой системе. Существующее решение этой частной электростатической задачи также обобщено на случай произвольного пространственного положения отрезка и точки наблюдения. Тождественность существующего и полученного в данной работе решения не представляется очевидной и подтверждена авторами достаточно большой серией вычислительных опытов со случайными исходными геометрическими данными. Учебно-исследовательский анализ частных случаев электростатических полей представляется актуальной задачей подготовки специалистов в области электроэнергетики и электротехники. Предложенный сценарий планируется применять на практических занятиях и в самостоятельной работе студентов электроэнергетического направления подготовки по теоретическим основам электротехники (раздел «электростатика»).