Описание экспериментальной установки

При проектировании некоторых приборов необходимо знать электрическое поле, заключенное между электродами сложной формы. Сложные электростатические поля исследуются экспериментально, методом моделирования этих полей в проводящих средах.

Если пространство между электродами произвольной формы заполнить слабо проводящей средой, то между ними, при наличии разности потенциалов, может существовать небольшой электрический ток. Падения напряжения на металлических проводниках и электродах можно считать равными нулю, а их поверхности - эквипотенциальными, т.е. вектор напряженности поля вблизи электродов будет перпендикулярен их поверхностям.

Структура электростатического поля аналогична структуре электрического поля переменного тока низкой частоты, которое экспериментально исследовать удобнее, чем поле неподвижных зарядов. Поэтому в данной работе применяют переменный ток частотой 50 Гц.

Для исследования электрического поля соберем одну из двух установок, схемы которых приведены на рис. 1.4 и 1.5. На рис.1.4. приведена схема прямого метода измерения потенциала стрелочным вольтметром V. Схема простая, но построенная картина эквипотенциальных поверхностей может быть заметно искажена вследствие того, что через измерительный зонд будет течь ток из-за низкого сопротивления измерительной обмотки вольтметра. На рис.1.5. приведена более сложная, но в тоже время гораздо более точная схема мостового метода измерения потенциала j. В этой схеме в момент измерения ток через зонд Z не течет, что не приводит к искажению картины силовых линий.

Рис.1.4. Рис.1.5.

Для измерения прямым методом (рис.1.4.) в прямоугольную ванну W, заполненную водой, помещают металлические электроды Э₁ и Э₂. На клеммы электродов подается небольшое напряжение от трансформатора. Условно считают, что электрод Э₁ имеет нулевой потенциал = 0. Для определения по­тенциала электрода Э₂ и потенциалов промежуточных эквипотенциальных поверхностей, расположенных между электродами в воде, используют вольтметр V (см. рис.1.4), перемещая зонд Z (металлический стержень с заостренным концом).

Эквипотенциальные поверхности можно найти и другим способом (см. рис. 1.5). Параллельно электродам подсоединяют потенциометр. Потенциал подвижного контакта В измеряется при помощи вольтметра V. Точки поля с таким же потенциалом, в ванне находят при помощи зонда Z, добиваясь минимальных показаний нуль-гальванометра или осциллографа.

Если потенциал поля точки, в которой находится зонд Z, равен потенциалу точки В (показанию вольтметра), то в этом случае ток, проходящий через нуль-гальванометр, будет равен нулю, а сигнал на экране осциллографа будет минимальным. Находя ряд точек, потенциал которых соответствует точке В, определяют эквипотенциальную линию.