Описание аппаратуры и метода измерений.

Изучение электростатического поля в диэлектрике достаточно сложно. Поэтому в настоящей работе изучение электростати­ческого поля неподвижных зарядов заменено изучением распре­деления постоянного во времени (стационарного) электрического тока в среде с малой проводимостью (увлажнённый песок).

Пусть имеются две металлические пластины. Если они заря­жены, то в разделяющем их слое диэлектрика существует элек­тростатическое поле. Поверхности равного потенциала в прос­транстве между пластинами будут представлять собой плоскос­ти параллельные заряженным пластинам, силовые линии будут перпендикулярны пластинам.

Пусть теперь пространство между пластинами заполняется однородным проводящим веществом, проводимость которого зна­чительно меньше проводимости пластин. К пластинам подведены провода от источника постоянного тока, поддерживающего между ними ту же разность потенциалов, которая была между пластинами в первом случае. В слое между пластинами пойдёт посто­янный ток.

При небольших напряжениях на электродах и малой прово­димости материала, в котором эти электроды находятся, дви­жение зарядов, обуславливающее ток, совершается приблизите­льно вдоль силовых линий. Это значит, что линии тока почти совпадают с силовыми линиями электростатического поля.

Метод изучения электростатического поля путём создания другого эквивалентного ему поля стационарного тока носит наз­вание моделирования электростатического поля. В данном случае распределение силовых линий электростатического поля в диэлектрике заменяется распределением линий тока в среде с малой проводимостью (влажный песок).

Для изучения качественной картины электростатического поля применяется следующий способ. Деревянный ящик заполняется пес­ком, в который вставляются металлические электроды, и между ни­ми поддерживается постоянная разность потенциалов при помощи источника постоянного тока /рис.7/.

Влажный песок имеет незначительную проводимость по сравне­нию с металлом, а потому металлические электроды можно считать поверхностями равного потенциала, что является принципиально необходимым условием для того, чтобы электрическое поле в про­водящем песке было одинаково по своему строению с электроста­тическим полем между теми же электродами. В песке устанавли­вается постоянный ток.

Для изучения распределения потенциалов в поле одну плас­тину соединяем с клеммой вольтметра, ко второй клемме вольт­метра присоединяем зонд, помещая который в песок, отыскиваем на песке точки, обладающие одинаковым потенциалом. Соединяя эти точки непрерывной кривой, получаем на поверхности песка линию равного потенциала. Указанным способом можно получить семейство эквипотенциальных кривых. Так как эквипотенциальные кривые и силовые линии взаимно перпендикулярны, то не трудно графически дополнить полученную систему кривых силовыми лини­ями и получить полную качественную картину электростатического поля. Данный метод имеет не только иллюстративное значение. Он широко применяется в электроразведке нефтяных и угольных месторождений, рудных и других полезных ископаемых. Сущность этого метода состоит в следующем: через электроды АА, ВВ /рис.7/ прижатые к земле и уложенные параллельно друг другу, пропускается в почву ток. В случае однородности среды линии равного значения потенциала будут представлять собой систему прямых линий параллельных электродам и равномерно расположенных на площади между ними.

Если же на исследуемом участке имеются аномалии, правильность хода эквипотенциальных линий нарушается. Задачей метода электроразведки является истол­кование наблюдаемых отклонений эквипотенциальных линий от их нормального хода и определение местоположения того объекта, кото­рый вызывает эти отклонения.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ.

1. Поверхность влажного песка в ящике разравнятъ. Если песок сухой, необходимо увлажнить.

2. Электроды в виде пластин погрузить в песок параллельно друг другу на расстоянии 50 см.

3. Собрать электрическую схему согласно рис.7. Источник пи­тания - выпрямитель. Минусовую клемму вольтметра подсоединить к пластине, соединённой с отрицательным полюсом источника, другую клемму вольтметра соединить с зондом.

4. Включением тумблера выпрямителя подать напряжение на пластины. Вращением ручки потенциометра выпрямителя установить между пластинами разность потенциалов 15В.

5. Погружая зонд в песок, найти (по показаниям вольтметра) 6-8 точек, имеющих потенциал 2 В. Соединив эти точки, получить на поверхности песка эквипотенциальную линию (след эквипотен­циальной поверхности).

6. Аналогичным образом получить на песке эквипотенциальные линии для 4, 6, 8,10 В.

7. Получившуюся картину в масштабе 1:4 перенести в тетрадь, с указанием расстояния между эквипотенциальными линиями. До­полнить получившуюся картину, проведя силовые линии.

8. Взять на линии 2В точку А, на линии 4В точку В, на ли­нии 6В точку С, зная расстояние между точками и разность потен­циалов, вычислить значения напряжённости поля в трёх точках. Данные занести в таблицу.

9. Поместить между пластинами металлический цилиндр, погру­зив его в песок, и вновь построить эквипотенциальные кривые.

10. Заменить пластины металлическими шарами, погрузив их на половину в песок, построить, указанным выше способом, экви­потенциальные кривые и зарисовать их. Эту систему электродов можно рассматривать как электрический диполь.

Рис.7

Таблица 1

Точки	, В	х, м	Е, В/м
А, В			в точке В
А, С			в точке С
А, Д			в точке Д