Методика работы с электрометром

Ниже описываются опыты с электрометром, постановка которых имеет некоторые особенности.

Зарядка электрометра. Так как электрометр работает нормально только при отрицательном потенциале на управляющем электроде, то его можно заряжать тефлоновой палочкой. В этом случае зарядка производится путем касания натертой палочкой контактного стержня. Но этот способ не совсем удобен, так как палочка сообщает очень высокий потенциал.

Удобнее заряжать путем индукции. Для этого к прибору подносят на расстоянии нескольких десятков сантиметров наэлектризованную пластинку из органического стекла.

При этом на управляющем электроде образуются положительные заряды, которые компенсируются электронами, испускаемыми катодом. Если теперь убрать пластинку, то электрометр будет заряжен.

В качестве третьего варианта можно использовать зарядку от обычных батарей или гальванических элементов с напряжением 5—6 в.

Два вида электричества. К заряженному электрометру приближают натертую палочку из органического стекла и наблюдают за уменьшением показаний. Если приближать наэлектризованную палочку из тефлона, то отклонение стрелки увеличивается. При проведении этого опыта устанавливают на контактном стержне электрометра дисковый электрод.

Демонстрация эквипотенциальных линий пламенным зондом. Для проведения опыта необходимо изготовить пламенный зонд. Это обычная свеча, установленная на изоляторе. На свечу надето крепежное кольцо, к которому подводится провод от электрометра. К этому же контакту прикрепляется проводник, вводимый в пламя свечи.

Поле, подлежащее изучению, создается заряженным шаром, взятым из набора по электростатике. Шар изолируется от штатива полистироловой вставкой. Для зарядки шара используется тефлоновый стержень, натираемый материей. Перемещая зонд на расстоянии 20—30 см от шара и отмечая точки, в которых электрометр дает одинаковые показания, строят картину эквипотенциальных линий. При проведении опыта необходимо обращать особое внимание на качество изоляторов зонда и шара. Использование только стеклянных штативов без изолирующих вставок не дает возможности провести опыт вследствие очень больших утечек.

Электростатическое экранирование. На электрометре устанавливают дисковый электрод. Электрометр зажимают горизонтально в демонстрационный штатив. На расстоянии 20—30 см помещают шар, заряженный отрицательно.

Если вводить между шаром и электрометром металлический лист, то можно наблюдать уменьшение показаний электрометра до нуля. Введение диэлектрика (оргстекло) не приводит к изменению показаний. Перед опытом с листа оргстекла необходимо снять заряды, которые могли возникнуть при случайных соприкосновениях его с посторонними предметами.

Распределение потенциала вдоль проводника. Опыт демонстрируется в двух вариантах.

1. Один из кондукторов электрофорной машины (положительный) заземляют, а отрицательный черной ниткой, которая служит проводником, соединяют с металлическим штативом. Длина нити 1,5—2 м. К контактному стержню подключают проводник, другой конец которого укрепляют на изолирующей ручке. Касаясь проводником на ручке в различных точках нити, наблюдают изменение потенциала.

2. К проводнику с большим удельным сопротивлением (нихром d = 0,1 мм и длиной 1—2 м) подключают батарею с э. д. с. 6—8 в, положительный полюс которой заземлен. В качестве индикатора тока в цепь включается последовательно или амперметр или лампа накаливания. Перемещением проводника, соединенного с контактным стержнем электрометра, демонстрируют изменение потенциала в проводнике.

Демонстрация ионизирующего действия пламени. На электрометре устанавливают диск, и электрометр укрепляют в демонстрационном штативе горизонтально. На расстоянии 1,5—2 см от диска помещают другую пластинку, образующую вторую обкладку конденсатора. К электрометру подключается один из шунтов, т. е. этим самым электрометр превращается в чувствительный гальванометр.

Одна из клемм, укрепленных на корпусе, соединяется с плюсом батареи напряжением 100—200 в. Минус батареи соединяется со второй обкладкой конденсатора, укрепленной на штативе на изоляторе (рис. 35).

Снизу к конденсатору на расстоянии 5—10 см подносится ионизатор — пламя горящей спиртовки. При уменьшении расстояния от пламени до конденсатора, т. е. при увеличении степени ионизации газа, ток в цепи возрастает. Если для опыта использовать источник регулируемого напряжения (потенциометр), то легко можно продемонстрировать ток насыщения.

Постановку этого опыта можно несколько изменить. В этом случае в качестве второй пластины используется металлическая сетка. Ионизатор (пламя) подводится к сетке сбоку. Затем, создав струю воздуха, отклоняющую образующиеся в пламени ионы в сторону сетки, наблюдают с помощью электрометра ток. Этот ток создан движением ионов, внесенных потоком воздуха в конденсатор.

Демонстрация фотоэффекта. Электрометр дает возможность показать явление фотоэффекта по схеме установки, аналогичной опыту Столетова.

На электрометре устанавливают медную сетку 1, через которую освещают цинковую пластину 2, помещенную на расстоянии 1—2 см от сетки. К электрометру подключают шунт. Плюс батареи на 100—200 в подключают к корпусу электрометра, а минус к цинковой пластинке (рис. 36).

Демонстрация зависимости емкости от площади перекрытия пластин. Опыт проводится с обычным блоком конденсаторов переменной емкости, входящим в набор радиодеталей. Для уменьшения влияния утечек начальную емкость электрометра увеличивают, подключив параллельно прибору конденсатор емкостью 390 пф, входящий в комплектацию электрометра.

Заряжать электрометр удобнее в этом опыте от батареи, так как получающаяся большая емкость системы затрудняет условия заряда от натираемой палочки (рис. 37).