Измерение разности потенциалов электрометром

§ 1.21. Измерение разности потенциалов

Для измерения разности потенциалов между проводниками используют прибор, называемый электрометром.

Измерение разности потенциалов между проводниками

На рисунке 1.86 изображен один из простейших электрометров. Основная его часть — легкая алюминиевая стрелка, укрепленная на металлическом стержне с помощью горизонтальной оси. Стрелка может поворачиваться вокруг этой оси. Центр тяжести стрелки расположен так, что до начала измерения она располагается вертикально. Стержень со стрелкой помещен в металлический корпус, изолированный от стержня эбонитовой пробкой. Для наблюдения за стрелкой имеется смотровое окно. Электрометр напоминает электроскоп, но отличается от него тем, что имеет металлический корпус.

Для измерения разности потенциалов между двумя проводниками один из них присоединяют к стержню электрометра, а другой — к его корпусу. (Если хотят измерить потенциал тела относительно земли, то тело соединяют проводником со стержнем, а корпус заземляют.) Между корпусом и стержнем устанавливается разность потенциалов, которую нужно измерить*.

* Впрочем, подключение электрометра несколько меняет разность потенциалов между проводниками, так как часть зарядов проводников передается электрометру. Но если электроемкость электрометра много меньше электроемкости проводников (см. § 1.24), то этим эффектом можно пренебречь.

Электрическое поле внутри электрометра зависит только от этой разности потенциалов, так как внешнее электростатическое поле заряженных или поляризованных тел не проникает сквозь металлический корпус прибора (электростатическая защита). Распределение же поля внутри электрометра однозначно определяет силы, действующие на стрелку. Чтобы по положению стрелки можно было судить о значении разности потенциалов, прибор нужно проградуировать. Для этого необходимо найти, какие углы отклонения стрелки соответствуют известным значениям напряжения между заряженными проводниками.

С помощью электрометра легко убедиться на опыте, что все точки проводника имеют одинаковый потенциал относительно земли. Для этого соединяют различные участки проводника со стержнем электрометра, корпус которого заземлен (рис. 1.87). Показания электрометра при этом меняться не будут.

Измерение потенциала произвольных точек пространства

Несколько сложнее измерить потенциал произвольной точки пространства относительно какого-либо проводника. Обычно измеряется потенциал относительно земного шара.

Если внести в электрическое поле проводящий шарик, то его потенциал (точнее, разность потенциалов между шариком и землей) станет равным потенциалу той точки пространства, в которой расположен центр шарика (рис. 1.88). Суммарный индуцированный заряд на шарике равен нулю и не может изменить потенциала центра шарика (подробнее об этом говорится в решении задачи 1 в § 1.23).

Но при соединении шарика проводником с электрометром картина меняется. Теперь уже индуцированный на шарике заряд не равен нулю, так как часть заряда перемещается на стержень электрометра. Из-за этого потенциал центра шарика не будет равен потенциалу поля в отсутствие шарика (рис. 1.89).

Поэтому поступают следующим образом: конец проводника, соединенного со стержнем электрометра, помещают в пламя газовой горелки (пламенный зонд). В пламени имеется большое количество ионов. Эти заряженные частицы осаждаются на проволочке до тех пор, пока ее потенциал не сравняется с потенциалом той малой области пространства, где расположен пламенный зонд (рис. 1.90). Ионы нейтрализуют индуцированный заряд проволочки, и вследствие этого исследуемое поле искажается незначительно.

На рисунке 1.90 показана экспериментальная установка по измерению потенциала электрического поля заряженного шара относительно земли. Для этого корпус электрометра заземляют. При перемещении зонда вдоль радиусов круга, в центре которого расположена подставка с шаром, показания электрометра меняются; отклонение стрелки растет при приближении зонда к шару. При перемещении зонда по окружности вокруг шара показания остаются неизменными.

Источник

ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ

Напряженность поля — нагляд­ная силовая характеристика электри­ческого поли. Но ее трудно изме­рять. Разность потенциалов (энер­гетическая характеристика) менее наглядна, но измерять ее легче.

Для измерения разности потен­циалов используют прибор, назы­ваемый электрометром. На рисун­ке 1 изображен один из простей­ших электрометров. Основная его часть — легкая алюминиевая стрел­ка, укрепленная на металлическом стержне с помощью горизонтальной оси. Центр тяжести стрелки нахо­дится ниже оси, так что до начала измерения стрелка располагается вертикально. Стержень со стрелкой помещен в металлический корпус, изолированный от стержня эбонито­вой пробкой. Для наблюдения за стрелкой имеется смотровое окно. Электрометр напоминает электро­скоп, но отличается от него тем, что имеет металлический корпус.

Для измерения разности потен­циалов между двумя проводника­ми один из них присоединяют к стержню электрометра, а другой — к ого корпусу. (Если хотят измерить потенциал тела относительно земли, то тело соединяют проводником со стержнем, а корпус заземляют.) Между корпусом и стержнем уста­навливается разность потенциалов, которую нужно измерить. Электри­ческое поле внутри электрометра зависит только от этой разности по­тенциалов, так как внешнее электро­статическое поле заряженных или поляризованных тел не проникает сквозь металлический корпус при­бора. Распределение же поля внутри электрометра однозначно определяет силы, действующие на стрелку. Что­бы по положению стрелки можно было судить о разности потенциа­лов, прибор нужно проградуировать. Для этого необходимо найти, какие углы отклонения стрелки соответ­ствуют известным значениям на­пряжения между заряженными про­водниками.

С помощью электрометра легко убедиться на опыте, что все точки проводника имеют одинаковый по­тенциал относительно земли.

Для этого соединяют прово­локой различные участки провод­ника со стержнем электрометра, корпус которого заземлен (рис. 2). Показания электрометра при этом меняться не будут.

Разность потенциалов измеряют электрометром. Электрометр – это электроскоп с металлическим корпусом.

Источник

§ 1.21. Измерение разности потенциалов

Измерение разности потенциалов между проводниками

На рисунке 1.86 изображен один из простейших электрометров. Основная его часть — легкая алюминиевая стрелка, укрепленная на металлическом стержне с помощью горизонтальной оси. Стрелка может поворачиваться вокруг этой оси.

Центр тяжести стрелки расположен так, что до начала измерения она располагается вертикально. Стержень со стрелкой помещен в металлический корпус, изолированный от стержня эбонитовой пробкой. Для наблюдения за стрелкой имеется смотровое окно. Электрометр напоминает электроскоп, но отличается от него тем, что имеет металлический корпус.

Для измерения разности потенциалов между двумя проводниками один из них присоединяют к стержню электрометра, а другой — к его корпусу. (Если хотят измерить потенциал тела относительно земли, то тело соединяют проводником со стержнем, а корпус заземляют.) Между корпусом и стержнем устанавливается разность потенциалов, которую нужно измерить*.

Электрическое поле внутри электрометра зависит только от этой разности потенциалов, так как внешнее электростатическое поле заряженных или поляризованных тел не проникает сквозь металлический корпус прибора (электростатическая защита). Распределение же поля внутри электрометра однозначно определяет силы, действующие на стрелку. Чтобы по положению стрелки можно было судить о значении разности потенциалов, прибор нужно проградуировать. Для этого необходимо найти, какие углы отклонения стрелки соответствуют известным значениям напряжения между заряженными проводниками.

С помощью электрометра легко убедиться на опыте, что все точки проводника имеют одинаковый потенциал относительно земли. Для этого соединяют различные участки проводника со стержнем электрометра, корпус которого заземлен (рис. 1.87). Показания электрометра при этом меняться не будут.

Измерение потенциала произвольных точек пространства

Несколько сложнее измерить потенциал произвольной точки пространства относительно какого-либо проводника. Обычно измеряется потенциал относительно земного шара.

Если внести в электрическое поле проводящий шарик, то его потенциал (точнее, разность потенциалов между шариком и землей) станет равным потенциалу той точки пространства, в которой расположен центр шарика (рис. 1.88). Суммарный индуцированный заряд на шарике равен нулю и не может изменить потенциала центра шарика (подробнее об этом говорится в решении задачи 1 в § 1.23).

Но при соединении шарика проводником с электрометром картина меняется. Теперь уже индуцированный на шарике заряд не равен нулю, так как часть заряда перемеш;ается на стержень электрометра. Из-за этого потенциал центра шарика не будет равен потенциалу поля в отсутствие шарика (рис. 1.89).

Поэтому поступают следующим образом: конец проводника, соединенного со стержнем электрометра, помещают в пламя газовой горелки (пламенный зонд). В пламени имеется большое количество ионов. Эти заряженные частицы осаждаются на проволочке до тех пор, пока ее потенциал не сравняется с потенциалом той малой области пространства, где расположен пламенный зонд (рис. 1.90). Ионы нейтрализуют индуцированный заряд проволочки, и вследствие этого исследуемое поле искажается незначительно.

На рисунке 1.90 показана экспериментальная установка по измерению потенциала электрического поля заряженного шара относительно земли. Для этого корпус электрометра заземляют. При перемещении зонда вдоль радиусов круга, в центре которого расположена подставка с шаром, показания электрометра меняются; отклонение стрелки растет при приближении зонда к niapy. При перемещении зонда по окружности вокруг шара показания остаются неизменными.

Разность потенциалов измеряют электрометром. Электрометр — это электроскоп с металлическим корпусом.

* Впрочем, подключение электрометра несколько меняет разность потенциалов между проводниками, так как часть зарядов проводников передается электрометру. Но если электроемкость электрометра много меньше электроемкости проводников (см. § 1.24), то этим эффектом можно пренебречь.

Источник

Измерение разности потенциалов электрометром

Посмотрим теперь, каким образом можно измерить на опыте разность потенциалов. Для этого рассмотрим прибор, изображенный на рис. 43. Он представляет собой не что иное, как обычный электроскоп с листками, который, однако, имеет металлический корпус и измерительную шкалу. Соединим корпус этого прибора с Землей и коснемся его стержня каким-либо заряженным телом. При этом часть заряда перейдет на стержень и листки разойдутся на некоторый угол. От чего зависит отклонение листков?

Рис. 43. Электрометр: а) общий вид, – зажим для присоединения провода, соединяющего металлический корпус с Землей; б) условное изображение

При зарядке листков внутри прибора возникает электрическое поле. Линии этого поля показаны на рис. 44 штриховыми линиями, а его эквипотенциальные поверхности – сплошными линиями. Поверхность металлического корпуса есть эквипотенциальная поверхность (§ 24); то же относится к поверхности стержня и листков; но, конечно, это – две различные эквипотенциальные поверхности, между которыми имеется некоторая разность потенциалов, соответствующая полю внутри прибора. Между ними размещаются другие эквипотенциальные поверхности. На рис. 44 мы прочертили их через одно и то же число линий поля.

Рис. 44. Электрическое поле внутри электроскопа с металлическим корпусом: а) при большой разности потенциалов между листками и корпусом; б) при малой разности потенциалов между ними

Поэтому число изображенных на чертеже эквипотенциальных поверхностей зависит от разности потенциалов между листками и корпусом. Если эта разность потенциалов велика, то эквипотенциальные поверхности расположены очень густо, и поэтому падение потенциала на единицу длины значительно; следовательно, согласно § 23, напряженность поля вокруг листков тоже велика. Если, наоборот, разность потенциалов между листками и корпусом мала, то падение потенциала невелико и напряженность поля возле листков мала.

Отклонение листков зависит от действующей на них силы, т. е. в конечном счете от напряженности электрического поля возле них. Чем больше разность потенциалов, тем больше напряженность поля возле листков, тем больше и их отклонение. Создавая одну и ту же разность потенциалов между листками и корпусом, мы будем наблюдать и одинаковые отклонения листков. Мы видим, что отклонение листков в данном приборе зависит от разности потенциалов между ними и корпусом прибора. Снабдив прибор шкалой, мы можем по отклонению листков судить о разности потенциалов.

Приборы для измерения разности потенциалов называются электрометрами. На рис. 45 показан один из типов электрометра. Его можно проградуировать, т. е. определить, какой разности потенциалов, выраженной в вольтах, соответствуют различные углы отклонения листков, и тогда по отклонению листков можно сразу же определить эту разность потенциалов, выраженную в вольтах. Из сказанного следует, что электрометр всегда измеряет разность потенциалов между его листками и корпусом.

Рис. 45. Измерение разности потенциалов между проводником и Землей при помощи электрометра (первый способ)

Для того чтобы при помощи электрометра измерить разность потенциалов между какими-либо двумя проводниками, например проводником и Землей (рис. 45), нужно стержень (листки) электрометра соединить с этим проводником, а его корпус – с Землей. Через очень короткое время стержень электрометра окажется при том же потенциале, что и соединенный с ним проводник, а потенциал корпуса электрометра сравняется с потенциалом Земли (§ 27). Таким образом, показания электрометра дадут разность потенциалов между проводником и Землей. Перемещая конец проволоки, ведущей к электрометру, по поверхности проводника, можно убедиться, что отклонение листков совершенно не меняется, т. е. что, согласно § 24, поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью, какую бы сложную форму она ни имела.

Можно, конечно, поступать наоборот: соединить с Землей стержень электрометра, а корпус его, тщательно изолировав (например, поставив на кусок парафина), соединить с изучаемым проводником (рис. 46).

Рис. 46. Измерение разности потенциалов между проводником и Землей при помощи электрометра (второй способ)

Показания электрометра и в этом случае дают разность потенциалов между его стержнем и корпусом, а следовательно, разность потенциалов между проводником и Землей.

Источник

§ 1.21. ИЗМЕРЕНИЕ РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ

Для измерения разности потенциалов между проводниками используют прибор, называемый электрометром.

Измерение разности потенциалов между проводниками

На рисунке 1.86 изображен один из простейших электрометров.

Рис. 1.87 Центр тяжести стрелки расположен так, что до начала изме-рения она располагается вертикально. Стержень со стрелкой помещен в металлический корпус, изолированный от стержня эбонитовой пробкой. Для наблюдения за стрелкой имеется смотровое окно. Электрометр напоминает электроскоп, но от-личается от него тем, что имеет металлический корпус.

Для измерения разности потенциалов между двумя проводниками один из них присоединяют к стержню электрометра, а другой — к его корпусу. (Если хотят измерить потенциал тела относительно земли, то тело соединяют проводником со стерж-нем, а корпус заземляют.) Между корпусом и стержнем уста-навливается разность потенциалов, которую нужно измерить .

Электрическое поле внутри электрометра зависит только от этой разности потенциалов, так как внешнее электростатическое поле заряженных или поляризованных тел не проникает сквозь металлический корпус прибора (электростатическая защита). Распределение же поля внутри электрометра однозначно определяет силы, действующие на стрелку. Чтобы по положению стрелки можно было судить о значении разности потенциалов, прибор нужно проградуировать. Для этого необходимо найти, какие углы отклонения стрелки соответствуют известным значениям напряжения между заряженными проводниками. С помощью электрометра легко убедиться на опыте, что все точки проводника имеют одинаковый потенциал относительно земли. Для этого соединяют различные участки проводника со стержнем электрометра, корпус которого заземлен (рис.

произвольных точек пространства

Несколько сложнее измерить потенциал произвольной точки пространства относительно какого-либо проводника. Обычно измеряется потенциал относительно земного шара.

Если внести в электрическое поле проводящий шарик, то его потенциал (точнее, разность потенциалов между шариком и землей) станет равным потенциалу той точки пространства, в которой расположен центр шарика (рис. 1.88). Суммарный индуцированный заряд на шарике равен нулю и не может изменить потенциала центра шарика (подробнее об этом говорится в решении задачи 1 в § 1.23).

Но при соединении шарика проводником с электрометром картина меняется. Теперь уже индуцированный на шарике заряд не равен нулю, так как часть заряда перемещается на стержень электрометра. Из-за этого потенциал центра шарика не будет равен потенциалу поля в отсутствие шарика (рис. 1.89).

Поэтому поступают следующим образом: конец проводника, соединенного со стержнем электрометра, помещают в пламя газовой горелки (пламенный зонд). В пламени имеется большое количество ионов. Эти заряженные частицы осаждаются на проволочке до тех пор, пока ее потенциал не сравняет-

ся с потенциалом той малой области пространства, где расположен пламенный зонд (рис. 1.90). Ионы нейтрализуют индуцированный заряд проволочки, и вследствие этого исследуемое поле искажается незначительно.

На рисунке 1.90 показана экспериментальная установка по измерению потенциала электрического поля заряженного шара относительно земли. Для этого корпус электрометра заземляют. При перемещении зонда вдоль радиусов круга, в центре которого расположена подставка с шаром, показания электрометра меняются; отклонение стрелки растет при приближении зонда к шару. При перемещении зонда по окружности вокруг шара показания остаются неизменными.

Разность потенциалов измеряют электрометром. Электрометр — это электроскоп с металлическим корпусом.

Источник