Моделирование электростатического поля (метод электролитической ванны)

Одним из методов исследования в физике является модельный эксперимент, который имеет две разновидности - физическое и мате­матическое моделирование. В процессе физического моделирования наиболее существенные закономерности в поведении исследуемого объ­екта воспроизводятся па модели, сохраняя при этом свою физическую природу. В основе математического моделирования лежит тождествен­ность математического описания различных по своей природе физичес­ких явлений.

Известно, что потенциалы электростатического поля в вакууме и поля тока в электролите удовлетворяют одному и тому же виду диф­ференциального уравнения. Граничные условия для зарядов на поверх­ности проводника в вакууме и для токов в проводящей среде с малой проводимостью также совпадают. Это обстоятельство позволяет исполь­зовать электролитическую ванну для моделирования электростатичес­кого поля, поскольку проведение непосредственных электростатических измерений представляет технически достаточно сложную задачу.

Для определения поля заряженных проводников заданной формы их помещают в ванну, заполненную слабопроводящей жидкостью, и по­дают на них потенциалы, равные натуральным или уменьшенные. Следует отметить, что работа электростатического поля при перемещении за­ряда определяется разностью потенциалов , поэтому в лабора­торной работе определяется величина , а не абсолютные значе­ния потенциалов.

Напряжением U на данном участке цепи называется величина, равная суммарной работе электростатических и сторонних сил при пе­ремещении единичного положительного заряда. При отсутствии источ­ников тока напряжение на участке цепи совпадает с разностью потен­циалов, т.е. Δφ=U=JR.

В настоящей работе экспериментально изучается распределение потенциала в пространстве между электродами, где Δφ=U, а силовые линии изучаемого поля строятся как ортогональные к найденным экспериментально линиям равного потенциала.