Описание установки и методики измерений

Измерения на электролитической ванне лучше всего про­изводить, используя для питания источники переменного тока, так как при работе с постоянным током происходит так назы­ваемая «поляризация» электродов, из-за которой уменьшается ток через электролит и изменяется распределение потенциалов.

В ванну с хорошими электроизолирующими свойствами помешают электроды А и В, поле между которыми хотят изучить. Ванна заполняется жидким электролитом, проводимость которого мала по сравнению с проводимостью металла. Электроды А и Вопираются на дно ванны и возвышаютсянад поверхностью налитого в ванну электролита.

Рис.1.1

Геометрическое место всех точек поля, для которых в цели зонда ток будет равен нулю (при данном положении движет ре­охорда), образует эквипотенциальную поверхность в исследуе­мом поле.

Процесс изучения исследуемого поля сводится к следую­щему: перемещая по этапам движок на делителе напряжения, придают движку различные значения потенциала. Для каждого установленного на движке значения потенциала находят путем перемещения зонда в ванне соответствующую эквипотенциальную поверхность исследуемою поля.

Теперь остается только выяснить, каким образом надо ра­ционально фиксировать положение и форму всех находимых с помощью зонда эквипотенциальных поверхностей изу чаемого

поля,

Это можно осуществить графически с помощью специального прибора, называемого пинтографом (рис. 1.2)

Z-зонд

C-стержень

На конец рычага пантографа прикреп­ляется вертикальный зонд,

могущий беспрепятственно вместе с рычагом переме­щаться в горизонтальной плоскости над электролити­ческой ванной,, в которой создано поле. Контуры этой ванны показаны пунктиром. Нижний конец зонда погру­жен в электролит, а верхним при помощи гибкого провода соединен с гальванометром. Таким устройством зонда с рычагами можно обследовать всю ванну.

Для фиксации эквипотенциальных поверхностей служит ле­вая часть пантографа К концу рычага 1 пантографа прикреплен вертикальный стержень с заостренным наконечником. Стержень может свободно перемещаться вместе с рычагами над листом бумаги, контуры которого показаны на рисунке сплошной лини­ей. Стержень в нормальном состоянии приподнят над бумагой и движется в горизонтальной плоскости, не касаясь поверхности бумаги. Принажиме сверху на стержень заостренный конец стержня достает до бумаги.

Система рычагов пантографа устроена таким образом, что все горизонтальные перемещения зонда в ванне автоматически воспроизводятся перемещениями стержня над листом бумаги. Пусть зондом с помощью гальванометра отыскиваются в ванне точки на исследуемой вданный момент времени эквипотенци­альной поверхности. Если посте нахождения каждой точки на­жимать на стержень пантографа, то этот стержень будет наносить точку (отметку) на лежащей под ним бумаге. Если нанести на бу­магу таким образом отметки, соответствующие всем отысканным с помощью зонда точкам некоторой эквипотенциальной поверх­ности, то, соединяя потом эти отметки на бумаге плавной линией, мы будем иметь геометрическую форму и размеры горизонтальною сечения исследуемой эквипотенциальной поверхности.

Таким образом, по ходуработы с помощью юны можно зафиксировать все находимыеэквипотенциальные поверхности.

Если предварительно обойти (ощупать) зондом контуры поверхности электродов (это будут, по условиям опыта, также эк­випотенциальные поверхности), непрерывно нажимая при этом на стержень, мы автоматически получим на бумаге контуры сечений, установленных в ванне электродов.

Разумеется, при всех описанных операциях лист бумаги под карандашом пантографа должен быть закреплен, иначе можно исказить всю геометрическую картину поля в результате слу­чайных сдвигов бумаги. Указанным способом можно получить семейство эквипотенциальных линий. Так как эквипотенциаль­ные поверхности и силовые линии ортогональны, то легко до­полнить полученную картину и силовыми линиями. Это даст полное представление об изучаемом электростатическом поле.

Описанный метод исследования электростатического поля имеет не только иллюстративное значение, но и широкое при­менение в практике. Этот метод полезен для изучения сложных электростатических полей, точный расчет которых затрудните­лен из-за сложности граничных условий (многоэлектродные ра­диолампы в отсутствие заряда., электростатические линзы, фото­электронные умножители). При этом принципиальное значение имеет правило подобия потенциальных полей, позволяющее в большом масштабе воспроизводить подлежащие изучению по­ля. Согласно правилу, если размеры электродов, создающих по­ле, и все расстояния между электродами изменены в одной про­порции, то структура поля остается прежней.

При практическом выполнении задачи очевидно, что оты­скание зоилом эквипотенциальных поверхностей не должно проводиться бессистемно Необходимо для каждого набора ус­тановленных в ванне электродов руководствоваться разумными соображениями о возможной в общих чертах конфигурации по­ля. В частности, необходимо привлекать при предварительном рассмотрении поля свойства симметрии данной системы элек­тродов. Но для полною анализа структуры поля необходимы планомерные опыты с зондом Наконец, необходимо в ходе опытов обеспечивать безопасные для гальванометра условия работы. Именно устанавливая то или иное положение движка на делителе напряжения, надо перемещать зонд в соответствующее положение.