Для школьников.
Электрометр - это тот же электроскоп, только вместо стеклянного сосуда стержень и листки помещены в жёсткий металлический корпус.
На рисунке изображён общий вид электрометра. Его стержень соединён наверху с шариком, а внизу с листками. Вся эта система изготовлена из проводящего материала и закреплена с помощью диэлектрической пробки в жёстком металлическом корпусе.
Если заряженным телом коснуться шарика или стержня электрометра, то заряд с тела частично перейдёт на систему шарик-стержень-листки и распределится между ними так, что потенциал в любой точке системы станет одинаковым, то есть общая поверхность шарика, стержня и листков станет эквипотенциальной.
Поверхность корпуса при его заземлении (соединении с Землёй) тоже станет эквипотенциальной (другого потенциала). Потенциал любой точки металлического корпуса станет равным потенциалу Земли.
Таким образом, между системой шарик-стержень-листки и корпусом возникнет разность потенциалов, то есть возникнет электростатическое поле. Это же поле характеризуется ещё напряжённостью, а на рисунке может быть изображено эквипотенциальными поверхностями (показаны сплошными линиями) и силовыми линиями (на рисунке показаны пунктирными линиями).
Чем сильнее электрическое поле, тем гуще расположены эти линии (сравните рис. а и б) и тем больше угол расхождения листков. Разность потенциалов между системой и корпусом определяется по шкале прибора. Обратите внимание, что эквипотенциальная поверхность, близкая к системе шарик-стержень-листки по форме близка к форме системы, а эквипотенциальная поверхность, близкая к корпусу, по форме близка к окружности.
Допустим, нам надо измерить разность потенциалов между заряженным телом произвольной формы и Землёй.
Тогда стержень электроскопа надо соединить с заряженным проводником проволокой. Металлический корпус при этом заземлён. Посмотрим, что будет происходить при этом. Свободные электроны в проводниках будут перемещаться до тех пор, пока разность потенциалов между стержнем электроскопа и проводником не станет равной нулю (это происходит быстро). Таким образом, электрометр одновременно покажет разность потенциалов между стержнем (листками) и корпусом электрометра и разность потенциалов между проводником и Землёй.
Перемещая конец проволоки по поверхности проводника можем убедиться, что угол между листками при этом не меняется. Значит, потенциал во всех точках проводника одинаков (хотя плотность зарядов на острие максимальна), то есть поверхность проводника является эквипотенциальной.
Ещё отметим, что уединённый проводник можно зарядить только изолировав его от Земли, то есть поставив его на диэлектрик, иначе все избыточные заряды уйдут в Землю. Точнее будет сказать так: если проводник заряжен отрицательно, то избыточные электроны уйдут в Землю; если же проводник заряжен положительно, то к нему от Земли придут электроны и скомпенсируют его избыточный положительный заряд.
Электрометром можно измерить разность потенциалов между двумя заряженными проводниками. Для этого стержень изолированного электрометра надо подсоединить к одному заряженному проводнику, а металлический корпус к другому заряженному проводнику.
Теперь посмотрим, как можно измерить разность потенциалов между точкой вблизи поверхности Земли и Землёй. Для этого надо конец провода, идущего от стержня электрометра подвести к этой точке. Но в воздухе при обычных условиях нет зарядов, которые переместились бы между участком воздуха и концом проволоки. Такие заряды появятся, если к рассматриваемому участку поднести пламя. Тогда, добившись нулевой разности потенциала между рассматриваемым участком воздуха и стержнем электрометра, можно найти разность потенциалов между участком (точкой) воздуха и Землёй. Так можно исследовать разные участки атмосферы Земли.
Показанное на рисунке устройство назвали пламенным зондом.
С помощью пламенного зонда было исследовано электрическое поле Земли. Оказалось, что между точками, находящимися на разных расстояниях от Земли существует разность потенциалов, то есть существует электрическое поле Земли.
Установлено, что на поверхности Земли находятся отрицательные избыточные заряды.
Таким образом, Земля это огромный проводящий шар, заряженный отрицательно. Как и для любого заряженного тела, электрическое поле внутри Земли отсутствует. Об электрическом поле Земли будет идти речь в следующей записи.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Спасибо.
Предыдущая запись: Что произойдёт, если незаряженный проводник поместить в электростатическое поле?
Следующая запись: Почему, находясь в электрическом поле Земли, мы не ощущаем его?
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (начиная с электростатики) даны в Занятии 45.