Методика исследования

Ортогональность силовых линий и поверхностей равного потенциала облегчает как эксперимен­тальное, так и теоретическое исследование электростатического поля. Если найдены значения векторов, напряженностей поля, об­легчается задача нахождения поверхностей равного потенциала. Справедливо и обратное: найденное положение поверхностей равного потенциала позволяет построить силовые линии ноля.

Теоретически, как правило, легче вести расчет потенциа­лом, чем напряженности поля, так как первые величины скаляр­ные, а вторые - векторные. Экспериментально измерения потен­циалов также оказываются проще, чем измерения напряженности поля, так как большинство приборов, пригодных для изучения полей, измеряют разность потенциалов, а не напряженности поля. В настоящей работе экспериментально изучается рас­пределение потенциалов поля, а не напряженности этого поля. Силовые линии изучаемых полей строятся как ортогональные к экспериментально найденным поверхностям равного потенциала.

Основой изучения распределения потенциалов в электро­статическом поле является так называемый метод зондов. Его сущность заключается в следующем: в исследуемую точку поля вводился специальный дополнительный электрод - зонд, по возможности устроенный так, чтобы он минимально нарушал своим присутствием исследуемое поле. Зонд соединяется провод­ником с прибором, измеряющим приобретенный зондом в поле потенциал относительно потенциала какой-нибудь точки поля, принятого за нулевой. При этом необходимо обеспечить такие условия, чтобы зонд принял потенциал той точки поля, в которую он помещен. Тогда показания прибора, соединенного с зондом, будут давать правильную картину распределения потенциалов в исследуемом поле.

Сложности работы с зондами и вообще трудности электро­статических измерений привели к разработке особого метода изучения электростатических полей путем искусственного вос­произведения их структуры в проводящих средах, по которым пропускается постоянным ток. То есть прямое изучение электростатического поля заменяется изучением его токовой, более удобной модели. Оказывается, что при некоторых условиях рас­пределение потенциалов в среде, по которой течет ток между ус­тановленными в ней электродами, может быть сделано тождест­венным с распределением потенциалов между теми же электро­ламп, когда между ними имеется электростатическое поле в ва­кууме или в однородном диэлектрике. Измерения распределе­ния потенциалов в проводящей среде, по которой течет постоян­ный ток - сравнительно легкая экспериментальная задача.

Таким образом, можно заменить изучение электростатиче­ского поля между системой заряженных проводников изучением электростатического поля постоянного тока между той же систе­мой проводников, если потенциалы проводников поддерживают­ся постоянными и соотношение проводимостей среды и провод­ника допускает предположение об эквипотенциальности последних.

Указанная замена изучения поля неподвижных зарядов изу­чением поля стационарного тока дает больше экспериментальных преимуществ: 1) вводя в проводящую среду в качестве зондов про­стые металлические электроды, автоматически получаем выравни­вание потенциалов зонда и той точки поля, в которую введен зонд; 2) зонды в этом случае могут быть соединены с токоизмерительными приборами, а не с электростатической аппаратурой, которая всегда гораздо сложнее в работе, чем токовые приборы.

Необходимо, чтобы электрическая цепь зонда об­ладала большим сопротивлением по сравнению с сопротивлением проводящих слоев вещества между точкой, в которую помещен зонд и ближайшим электродом. В противном случае включение зонда исказит распределение потенциалов в исследуемом поле.