УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Область техники
Заявляемое техническое решение относится к разделу устройств для измерения электрических и магнитных величин, в частности, для измерения электростатических полей, а также исследования теоремы о циркуляции вектора напряженности электрического поля и теоремы Гаусса.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известна установка для исследования стационарного электрического поля (RU патент №2284581. Бюл №27 от 27.09.2006 г. Авторы: Белокопытов Р.А. и Ковнацкий В.К.) Данная установка позволяет создать различные плоские электрические поля и исследовать их. С помощью нее можно исследовать теорему о циркуляции вектора напряженности электростатического поля и теорему Гаусса, но нельзя экспериментально проверить теорему Гаусса для случая, когда замкнутая поверхность охватывает заряд.
Также известен прибор для определения электрического потенциала (RU патент №178351. Бюл №10 30.03.2018 г. Авторы: Скуйбин Б.Г. и др.) Он позволяет измерять электрический потенциал в точках на поверхности и их координаты, но не позволяет измерять напряженность электрического поля в этих точках и, следовательно, не позволяет исследовать теорему о циркуляции вектора напряженности электрического поля и теорему Гаусса.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании удобного устройства, позволяющего измерять электростатические поля, а также наглядно исследовать и экспериментально проверить теорему о циркуляции вектора напряженности электрического поля и теорему Гаусса, включая случай, когда замкнутая поверхность охватывает заряд.
Данная задача решается за счет того, что в устройстве для исследования электростатических полей, имеется щуп с двумя контактами, подключенный к вольтметру, измерения которого передаются на процессор, встроенный в устройство, для вычисления среднего значения напряженности электрического поля. Значения выводятся на дисплей. При этом обход замкнутого контура для экспериментальной проверки теоремы Гаусса и теоремы о циркуляции вектора напряженности электростатического поля выполняется по спроецированному изображению.
Результатом, который обеспечивается приведенной совокупностью признаков, является возможность измерения напряженности электрического поля в точках исследуемой поверхности, постановки опытов, в частности, экспериментальной проверки теоремы Гаусса, когда замкнутая поверхность охватывает заряд, и теоремы о циркуляции вектора напряженности электрического поля и удобство работы с устройством.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 изображено устройство для исследования электростатических полей, которое включает в себя щуп 1 с двумя контактами, расположенными на расстоянии  друг от друга ( выбирается в пределах 5…10 мм), электрически соединенными с выводами вольтметра 2, расположенного в корпусе 3, на поверхности которого находится подложка 4, с нанесенным на нее графитовым токопроводящим покрытием и размещенными на ней электродами 5, которые, в свою очередь, соединены с источником постоянного напряжения 6, расположенном в корпусе 3.
Щуп 1 имеет дисплей 7 для отображения значения напряженности, и электрически соединен с, встроенным в корпус 3, процессором 8, который выполняет пересчет значения разности потенциалов в величину напряженности в точке положения щупа. Корпус 3 также оснащен проектором 9, который проецирует изображение для обхода контура, и USB-портом 10 для загрузки контурного трафарета.
Работа установки заключается в следующем:
Разность потенциалов между контактами щупа пересчитывается в усредненное значение напряженности поля по формуле , где U - напряжение между щупами.
Расчет выполняется в процессоре и выводится на дисплей.
Обход контура на исследуемой поверхности производится по эквидистантным точкам проецируемой сетки.
В случае с теоремой Гаусса, щуп, с фиксированным расстоянием между контактами, располагается таким образом, чтобы линия, проведенная через положение контактов, была перпендикулярна контуру обхода, выбранная точка находится посередине между щупами. Формула для расчета записывается так: , где U - напряжение между щупами.
В случае с теоремой о циркуляции вектора напряженности электростатического поля, оба контакта размещаются на поверхности по направлению контура, при этом выполняется измерение касательной составляющей напряженности к контуру. Формула для расчета записывается так: , где U - напряжение между щупами.
Достоинством предлагаемого устройства является удобство измерения напряженности электрического поля в точках исследуемой поверхности, возможность экспериментальной проверки теоремы Гаусса и теоремы о циркуляции вектора напряженности электростатического поля, для случая, когда замкнутая поверхность охватывает заряд.