2015-05-30
207
Экспериментальное изучение электростатического поля в вакууме связано с рядом практических трудностей. Поэтому используется аналогия, существующая между
электростатическим полем, созданным заряженными телами данной формы в вакууме, и электрическим полем
этих заряженных тел, погруженных в слабый электролит, имеющий однородную небольшую проводимость. Как показали специальные исследования, эта замена возможна при соблюдении следующих условий: размеры ванны должны быть много меньше длины волны, соответствующей данному переменному полю, а также много меньше глубины проникновения поля в электролит. Одновременно размеры ванны должны быть в несколько раз больше размеров электродов и расстояний между ними, в противном случае будет проявляться искажающее влияние стенок ванны.
|
Для изучения распределения потенциала между электродами в электролите применяется установка, называемая электролитической ванной. Установка (рис. 1) состоит из ванны В с электролитом, электродов 
и 
, зонда З, индикаторного устройства ИУ и блока питания, дающего напряжение 
. Ванна изготовлена из диэлектрика. Электролитом является водопроводная вода.
Постоянное напряжение подается на клеммы 
и 
, к которым крепятся электроды и , опущенные в электролит. Эквипотенциальные линии находят с помощью зонда З. Потенциалы зонда регистрируются вольтметром.
Принцип задания потенциала эквипотенциальных поверхностей может быть понят с помощью следующей упрощенной мостиковой схемы (рис. 2), которую с некоторым приближением можно считать эквивалентной более сложной монтажной электрической схеме прибора.
|
При определении потенциала необходимо помнить, что потенциал точки поля С равен разности потенциалов между этой точкой и точкой В, потенциал которой принят за нуль, т. е.
, где 
.
Величина 
в электростатике равна электрическому напряжению 
между точками C и B, т.е.
Для измерения потенциала в любых точках поверхности электролита помещают небольшой зонд C, соединенный с тем или иным индикатором Г. Индикатором может быть вольтметр, осциллограф.
Таким образом, схеме (рис. 1) можно сопоставить схему мостика Уитсона. Из сравнения этих схем (рис. 2) видно, что
.
В случае постоянного напряжения между электродами начинается электролиз. Возникает поляризация электродов. Вблизи электродов появляются избыточные заряды одного знака, т. е. в некоторых областях возникает объемная плотность заряда 
. Как
показали исследования, это возможно при соблюдении следующих условий: размеры ванны должны быть в несколько раз больше размеров электродов и расстояний между ними, в противном случае будет проявляться искажающее влияние стенок ванны. В данной установке в качестве индикаторного устройства применяется вольтметр типа М903. При таком расположении стрелки индикаторного устройства ИУ потенциал 
точки D будет равен потенциалу 
точки З, и разность потенциалов 
будет равна разности потенциалов 
, разность потенциалов 
равна разности потенциалов 
:
;
.
Если потенциал первого электрода принять за ноль (точка ), то потенциал второго электрода (точка 
)
,
где U – подаваемое напряжение от источника питания. Тогда потенциал точки D может быть найден следующим образом:
, (1)
где 
и 
- сопротивления участков 
и 
соответственно.
Но 
и , тогда выражение (1) можно записать 
,
откуда
или 
.
Окончательно получаем
, (2)
так как 
.
Изменяя положение зонда З, можно менять потенциал точки D. Перемещением зонда З в ванне находят точки, имеющие такой же потенциал, добиваясь, чтобы стрелка вольтметра показывала именно этот потенциал.
Приборы и принадлежности: электролитическая ванна с зондом, электроды, вольтметр типа М903, блок питания, соединительные провода.
