Дифференциальный метод. Метод замещения. Косвенный метод. Меры электрических величин, страница 4

Эквипотенциальная поверхность - геометрическое место точек, потенциалы которых равны (в случае двух измерений говорят об эквипотенциальной линии). Согласно формуле (2) для электростатического поля точечного заряда эквипотенциальные поверхности являются сферическими. Силовые линии и эквипотенциальные линии взаимно ортогональны (т.е, касательные, проведенные в точках их пересечения, взаимно перпендикулярны).

На рис.1 сплошными линиями изображены силовые, а пунктирными -эквипотенциальные линии электрического поля двух одноименных точечных зарядов. Значение модуля вектора напряженности можно определить, измеряя разность потенциалов в двух точках, лежащих на силовой линии, построенной по координатной сетке ванны.

Известно, что

где скалярная величина   есть вектор, указывающий направление наиболее быстрого убывания потенциала.

В проекции на любое направление

Для определения модуля вектора напряженности воспользуйтесь полуденной картиной силовых линий и выберите две близкие точки, лежащие на одной силовой линии на расстоянии ∆е, и измерьте в них значения ∆φ

Метод моделирования электростатического поля. Для экспериментального изучения электростатического поля используется полная аналогия, существующая между распределением потенциала в электростатическом поле и в проводящей среде, по которой течет стационарный (постоянный во времени) электрический ток. Такая среда условно обозначается "поле тока".

Аналогия дает возможность заменять изучение электростатического поля между заряженными телами излучением поля стационарного тока между электродами при условии, что их потенциалы поддерживают постоянными и проводящая среда имеет значительно большее удельное сопротивление, чем материал электродов. Такой метод называется моделированием электростатического поля.

Для изучения поля в проводящую среду вводится два подвижных зонда и два неподвижных электрода; каждый зонд принимает потенциал той точки, в которую он введен.

Отсутствие разности потенциалов между зондами свидетельствует о том, что они находятся на одной эквипотенциальной поверхности. Координаты точек с одинаковыми потенциалами и регистрируются в процессе исследования электрического поля; по ним строятся эквипотенциальные линии и силовые линии.

На рис. 2. изображена схема, где подвижные зонды соединены с нуль-индикатором, чтобы предотвратить искажения поля, сопротивление индикатора должно быть значительно больше сопротивления участка среды между зондами.

Электролитическая ванна

Практически электролитическое поле моделируется при помощи электролитической ванны. На дно плоского сосуда нанесена координатная сетка; в сосуд помещаются электроды, которые изображают исследуемую систему заряженных тел. Чтобы поддерживать потенциалы электродов постоянными, они присоединяются к источнику питания. Может быть применен источник переменного тока. Применение переменного тока исключает явления поляризации. В качестве проводящей среды пользуются сильно разбавленным электролитом, который наливается в сосуд тонким слоем (2-3 мм). Следует строго соблюдать горизонтальное положение ванны, чтобы слой электролита имел повсюду одинаковую толщину. Для предотвращения нагрева электролита рекомендуется использовать небольшую плотность тока, поэтому электроды присоединяются к источнику небольшого напряжения (10 В).

Правила работы с генератором звуковых частот

1.  Установить ручку регулятора выхода в среднее положение (ручку вращать без приложения усилий).

2.  При помощи ручек "множитель" и "частота" установить частоту колебаний 1000 Гц.

3.  Включить генератор.

4.    Переключатели    "ослабление"   или   "аттенюатор"   поставить   в положение,   при   котором   уровень   выходного   сигнала   соответствует нормальной работе нуль-индикатора

Примечание. Основное задание - построение эквипотенциальных линий и линий напряженности электростатического поля. Конкретное задание с указанием электродов дает преподаватель. Картина поля изображается на миллиметровой бумаге.