Исследование потенциального электрического поля

Пусть электрические заряды, создающие поле, находятся на проводниках, помещенных в безграничный однородный диэлектрик. Поверхности проводников – эквипотенциальные поверхности. Диэлектрик под действием поля поляризуется, но при этом для любого объема диэлектрика справедливо . При этом согласно теореме Остроградского – Гаусса

Из последнего следует, что однородная диэлектрическая среда не является источником или стоком линий напряженности электрического поля, поэтому характер расположения линий напряженности в диэлектрике будет таким же, как и в вакууме. Диэлектрическая среда будет влиять на величину поля (на значения параметров E и j) и, следовательно, густоту линий напряженности, но не на структуру поля. Структура поля не изменится и в том случае, если пространство между электродами будет заполнено слабо проводящей средой. Так как измерения поля в проводящей среде значительно проще, то в данной установке пространство между электродами заполнено слабым электролитом.

Экспериментальная установка

Для измерения потенциалов между электродами в электролите применяется установка, представляющая собой электролитическую ванну. Установка состоит из электролитической ванны со съемными электродами Э₁ и Э₂. Дно ванны прозрачное с графленым полем, для определения координат исследуемых точек. В состав установки входят также зонд З и индикаторный прибор РV. Применение переменного напряжения для создания разности потенциалов необходимо для того, чтобы избежать выделения продуктов на электродах в результате электролиза, что приводит к нарушению однородности электролита. В качестве электролита применяется водопроводная вода. Сама ванна сделана из диэлектрика.

Измеряя распределение потенциала на поверхности воды в электролитической ванне, можно получить картину поля, соответствующую сечению эквипотенциальных поверхностей плоскостью, совпадающей с поверхностью воды. В качестве индикаторного прибора используется вольтметр с большим внутренним сопротивлением.