Метод измерения и описание аппаратуры

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 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 Э₁ и Э₂, зонда З, скрепленного с пантографом П, индикаторного устройства ИУ и блока пита­ния Б. позволяющего менять напряжение между электрода­ми. Ванна изготовлена из диэлектрика. Электролитом яв­ляется водопроводная вода.

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. Постоянная разность по­тенциалов подается на клеммы K₁ и К₂ реохорда, имею­щего постоянное сопротивление R. В точке D находится движок, скрепленный с ручкой реохорда вольтметра PB (рис.1). На рис. 2 ручка РВ не показана. Движок D соединен через ин­дикаторное устройство ИУ, с зондом З, помещаемым строго вертикально в электролит ванны В. Клеммы К₁ и К₂ соеди­нены с электродами Э₁ и Э₂ также размещаемыми в ванне В.

Эквипотенциальные линии определяют с помощью зонда З. Поворотом ручки реохорд-вольтметра РВ задают определенный потенциал и находят зондом З в ванне точки, соответствующие этому потенциалу. При этом стрелка ин­дикаторного устройства ИУ должна находиться на делении «ноль».

Сопротивление R - одна ветвь мостиковой схемы, дру­гая ветвь - сопротивление электролита между электродами Э₁ и Э₂. Диагональю мостиковой схемы является ветвь, в ко­торую включено индикаторное устройство ИУ и зонд З.

Индикатором может быть катодный вольтметр, телефон, осциллограф, нуль-гальвано­метр. В данной установке в качестве индикаторного устрой­ства применяется ноль-гальванометр типа М-273/1 с малым сопротивлением. При таком расположении стрелки индика­торного устройства ИУ потенциал j _D точки D будет равен потенциалу j _З точки З.

При данном потенциале точки D перемещением зонда З в ванне находят другие точки, имеющие такой же потенциал, добиваясь, чтобы стрелка ноль-гальванометра показывала ноль.

Поворачивая ручку реохорд-вольтметра РВ, меняем поло­жение движка D, а следовательно, и потенциал точки D; и снова перемещением зонда З в ванне находим точки, имею­щие такой же потенциал. В работе для переноса на бумагу картины распределения эквипотенциальных линий поля в натуральную величину или с изменением масштаба, используется прибор, называемый пантографом (см. рис. 1). Пантограф П состоит из четырех шарнирно-скрепленных между собой рычагов, укрепленных на колонке. При перемещении зонда З внутри ванны с электролитом вдоль эквипотенциальной ли­нии отмечают на бумаге иглой И, укрепленной на пантогра­фе, ряд точек, соответствующих данной эквипотенциальной линии. Точки, отмеченные иглой И, обводят карандашом и со­единяют линией, которая является эквипотенциальной. Бу­мага на доске пантографа крепится с помощью съемной рам­ки Р. Бумага должна быть миллиметровой или клетчатой.

Приборы и принадлежности: электролитическая ванна с пантографом и зондом, электроды, ноль-гальвано­метр типа М 273/1, блок питания.

[1] Графики выполняются на миллиметровой бумаге или в компьютерном виде с использованием программ построения графиков. Необходимо соблюдать правила построения графиков.