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 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.

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.

, 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.