Описание лабораторной установки и ее принципа работы

Исследование электростатического поля в данной работе состоит в построении его качественной картины с помощью эквипотенциальных поверхностей и линий напряжённости. В различных точках поля рассчитывается величина его напряжённости. Создать устойчивое электростатическое поле и исследовать его чрезвычайно сложно, поэтому изучение проводится на модели. Поле неподвижных зарядов заменено полем стационарных (постоянных во времени) токов в электропроводной среде. Установлено, что поле стационарных токов по своей структуре совпадает с электростатическим полем, если взять электроды той же формы, какую имеют заряженные тела. Схема эквипотенциальных поверх-

ностей в проводящей среде имеет тот же вид, как и в электростатическом поле.

Принципиальная схема установки изображена на Рис. 5. В электрическую ванну налит слабый раствор поваренной соли, который служит электропроводной средой. В раствор погружены электроды 1 и 2, которые моделируют заряженные тела. Электроды могут иметь самую различную форму и взаимное расположение. Таким образом, мы получаем плоскую модель электростатического поля.

Между электродами создаётся разность потенциалов. В растворе электролита происходит падение потенциала. Это значит, что если потенциал одного электрода φ₁ , а другого φ₂, то потенциал в любой точке ванны φ удовлетворяет условию: φ₁ > φ > φ₂. Однако в ванне можно найти линии, на которых потенциал имеет одно и то же значение φ = const. Эти линии являются эквипотенциальными линиями и моделируют эквипотенциальные поверхности поля в пространстве, поэтому мы их будем условно называть эквипотенциальными поверхностями.

Чтобы найти эквипотенциальные поверхности, в ванну помещают зонд (щуп) 3. Зонд соединён с движком 4 реостата R через гальванометр с двухсторонней шкалой 5. Вдоль реостата происходит такое же падение потенциала, как и в ванне между электродами. Вольтметр V показывает потенциал движка (если потенциал электрода 1 условно принять за нуль).

Величина и направление тока через гальванометр 5 зависит от разности потенциалов между движком 4 и зондом 3. Если зонд поместить в такую точку ванны, потенциал которой равен потенциалу движка, то ток через гальванометр будет равен нулю. Установив движок 4 в определённое положение и перемещая зонд в ванне, можно найти множество точек, которые имеют тот же потенциал. Все найденные точки лежат на одной эквипотенциальной поверхности.

Для построения другой эквипотенциальной поверхности нужно переместить движок реостата в новое положение и снова искать в ванне точки, для которых ток через гальванометр равен нулю. Так можно определить совокупность эквипотенциальных поверхностей для поля электродов заданной конфигурации.