Индикатор электростатического поля. Электрическое поле: основы, энергия и принцип суперпозиции

Что такое электрическое поле. Как оно создается зарядами. Какими свойствами обладает электрическое поле. Как распространяется электрическое поле. Как взаимодействуют электрические поля разных зарядов.

Понятие и сущность электрического поля

Электрическое поле — это особый вид материи, создаваемый электрическими зарядами. Оно существует вокруг любого заряженного тела и простирается в пространстве до бесконечности. Главное свойство электрического поля — способность действовать на другие заряженные тела силой.

Как можно наглядно продемонстрировать существование электрического поля? Один из простых способов — опыт с диэлектрическим порошком в масле. Если поместить два заряженных проводящих шарика в сосуд с маслом и насыпать легкий диэлектрический порошок, то частицы порошка выстроятся вдоль силовых линий электрического поля между шариками. Это наглядно показывает, что в пространстве между зарядами существует нечто, чего не было до их появления — электрическое поле.

Энергия электрического поля

Электрическое поле обладает энергией. Это можно доказать несколькими способами:

• Для создания электрического поля нужно совершить работу по разделению зарядов. Значит, поле получает эту энергию.
• Заряженные тела в электрическом поле начинают двигаться. Следовательно, поле совершает работу и передает им свою энергию.
• При разряде заряженных тел электрическое поле исчезает, а его энергия превращается в другие виды энергии — тепловую, световую, механическую.

Таким образом, электрическое поле является материальным носителем энергии. Это важное свойство доказывает реальность его существования.

Скорость распространения электрического поля

Как быстро распространяется изменение электрического поля в пространстве? Этот вопрос имеет принципиальное значение для понимания природы электрического поля.

Долгое время считалось, что электрическое взаимодействие передается мгновенно. Однако точные эксперименты показали, что изменение электрического поля распространяется с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме — около 300 000 км/с.

Этот факт является еще одним важным доказательством реального существования электрического поля как особой формы материи. Если бы поля не существовало, а заряды действовали друг на друга на расстоянии мгновенно, то это противоречило бы теории относительности.

Принцип суперпозиции электрических полей

Как взаимодействуют электрические поля разных зарядов? Ответ на этот вопрос дает принцип суперпозиции, который гласит:

1. Электрические поля не влияют друг на друга.
2. Результирующее поле в любой точке пространства равно векторной сумме полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности.

Другими словами, поля просто накладываются друг на друга, не изменяя при этом друг друга. Это очень важный принцип, который лежит в основе расчета сложных электрических полей.

Способы визуализации электрического поля

Увидеть электрическое поле невооруженным глазом невозможно. Однако существуют способы сделать его видимым:

• Использование диэлектрического порошка в масле. Частицы выстраиваются вдоль силовых линий поля.
• Применение точечных индикаторов — легких заряженных шариков на нитях. По их отклонению можно судить о направлении и силе поля.
• Дипольные индикаторы — незаряженные проводящие стрелки, которые ориентируются вдоль силовых линий.
• Построение линий напряженности электрического поля.

Эти методы позволяют наглядно представить структуру электрического поля в различных случаях.

Исследование электростатических полей с помощью индикаторов

Для изучения электростатических полей широко используются различные индикаторы. Рассмотрим некоторые из них:

Точечный индикатор

Представляет собой легкий проводящий шарик, подвешенный на нити. Его можно изготовить самостоятельно:

1. Выдуйте небольшой шарик из резины диаметром 1-2 см.
2. Привяжите его к тонкой диэлектрической нити.
3. Натрите поверхность шарика графитовым порошком для проводимости.
4. Зарядите шарик от источника статического электричества.

Такой индикатор позволяет исследовать направление и относительную силу поля в разных точках пространства.

Дипольный индикатор

Это незаряженная проводящая стрелка, способная свободно вращаться. Ее можно сделать из полиэтиленовой трубочки или полоски бумаги. Дипольный индикатор ориентируется вдоль силовых линий поля, наглядно показывая его структуру.

Получение спектров электрических полей

Спектры электрических полей — это наглядные картины силовых линий, получаемые с помощью диэлектрических частиц. Как их получить?

1. Налейте в плоский сосуд немного растительного масла.
2. Насыпьте сверху тонкий слой мелкого диэлектрического порошка (манная крупа, измельченный пенопласт).
3. Поместите в масло металлические электроды нужной формы.
4. Подайте на электроды высокое напряжение.

Частицы порошка выстроятся вдоль силовых линий, делая поле видимым. Так можно исследовать поля заряженных проводников различной формы, систем точечных зарядов и т.д.

Применение знаний об электрическом поле

Понимание свойств и закономерностей электрического поля имеет огромное значение для современной науки и техники. Где применяются эти знания?

• В электронике и радиотехнике для создания различных устройств.
• В энергетике для передачи электроэнергии.
• В медицине для диагностики и лечения (электрокардиография, магнитно-резонансная томография).
• В промышленности для очистки газов, окраски, нанесения покрытий.
• В научных исследованиях для изучения структуры вещества.

Таким образом, электрическое поле — фундаментальное понятие физики, без которого невозможно представить современную науку и технику.

Основные средства контроля электростатического разряда

 

Антистатические браслеты

Как правило, антистатические браслеты являются основным средством заземления персонала. При правильном ношении и заземлении браслет уравнивает потенциал человека с потенциалом заземленных поверхностей в зоне ЕРА. Поскольку человек и другие заземленные объекты в рабочей зоне имеют одинаковый потенциал или близки к нему, между ними не может быть опасного разряда. Кроме того, статические заряды стекают с человека (на землю) и не накапливаются. Если сотрудник сидит на стуле, который не соответствует требованиям EPA, он должен быть заземлен с помощью браслета.

Браслеты состоят из двух основных компонентов: самого браслета, который носится на запястье, и провода заземления, соединяющего браслет с общей точкой заземления. Большинство браслетов имеют токоограничивающий резистор, встроенный в (конец, наконечник) шнура заземления, который подключается к браслету.

Этот резистор обычно составляет 1 МОм, не менее 1/4 Вт с номинальным рабочим напряжением 250 вольт.

У браслетов есть несколько механизмов, которые часто выходят из строя, поэтому их следует регулярно проверять. Рекомендуется либо ежедневное тестирование определенным оборудованием, либо использование тестеров непрерывного мониторинга.

Второй метод заземления сотрудника — это напольные покрытия, защищающие от электростатического разряда, работают они только в сочетании с антистатической обувью или ремешками для заземления на обувь. Такое сочетание проводящих или рассеивающих материалов пола и обуви обеспечивает надёжное соединение проводников для рассеивания ЭСР, тем самым уменьшая накопление заряда на сотруднике. Помимо рассеивания заряда, некоторые покрытия для пола (или отделка пола) также уменьшают трибоэлектрический заряд. Использование напольных покрытий и обуви особенно целесообразно в тех областях, где необходима повышенная активность персонала. Кроме того, напольные покрытия могут минимизировать накопление заряда на стульях, мобильном оборудовании (например, тележках) и других объектах, перемещающихся по полу.

При этом требуются рассеивающие или токопроводящие ролики или колеса для обеспечения электрического контакта с полом, а компоненты оборудования должны быть электрически соединены. При использовании в качестве системы заземления сотрудников сопротивление заземления, включая человека, обувь и пол, должно быть таким же, как указано для антистатических браслетов (<35 МОм), а также вырабатываемое напряжение тела человека в стандартном испытании на напряжение при ходьбе должно быть меньше 100 вольт.

Антистатическая обувь и комплектующие для заземления через пол

Используемые в сочетании с антистатическим покрытием, антистатическая обувь для контроля статического электричества, ремешки для заземления на обувь, ролики и колеса обеспечивают необходимый электрический контакт между человеком или объектом и полом. Изолирующая обувь, ролики или колеса предотвращают перенос статических зарядов от человека или мобильного оборудования на пол, поэтому следует этого избегать.

Антистатическая одежда

В зонах защищённых от ESD, в чистых помещениях и очень сухих комнатах, следует помнить об одежде. Материалы одежды, особенно из синтетических тканей, могут генерировать электростатические заряды, которые могут разрядиться в ЧЭСР, или же они могут создавать электростатические поля, которые могут вызывать заряды. Поскольку одежда обычно электрически изолирована или же изолирована от тела, заряды на тканях одежды не всегда передаются на кожу, а затем на землю. Антистатическая одежда может изолировать или иным образом влиять на электрическое поле (зависит от одежды, которая находится под антистатической одеждой). Согласно ГОСТ Р 53734.4.9-2012 (МЭК 61340-4-9:2010) существует три типа одежды ESD:

• Антистатическая одежда — одежда с защитой от статического электричества, не заземленная. Без заземления заряд может накапливаться на проводящих или рассеивающих элементах одежды, если они есть, что приводит к возникновению заряженного источника.
• Заземляемая антистатическая одежда — обеспечивает более высокий уровень подавления воздействия электрического поля от одежды, носимой под ESD одеждой.
• Система заземляемой одежды — заземляемая одежда, которая связывает кожу человека с контрольной точкой заземления. Такая одежда может использоваться совместно с тестерами непрерывного заземления.

 

Типы одежды и значения сопротивления согласно ГОСТ Р 53734.4.9-2012 (МЭК 61340-4-9:2010)

 

Рабочая поверхность и рабочая зона

Под рабочей поверхностью для защиты от электростатического разряда понимается рабочая зона отдельного человека, оснащенная материалами и оборудованием для предотвращения повреждений чувствительных к электростатическому разряду компонентов. Это может быть отдельная область на складе или в зоне сборки, или в естественных условиях. Рабочая поверхность также может быть расположена в контролируемой зоне, такой как чистое помещение. Ключевыми элементами управления электростатическим разрядом, входящими в состав большинства рабочих станций, являются рассеивающая статическое электричество рабочая поверхность, средство заземления сотрудника (обычно браслет), общая точка заземления, а также соответствующие таблички и маркировка. Стандартная рабочая поверхность показана на Рисунке 1.

Рабочая поверхность обеспечивает средства для подключения всех рабочих поверхностей, паяльного оборудования, микроскопов, ручного инструмента и заземляющих устройств к общей точке заземления. Кроме того, может быть предусмотрено подключение дополнительных устройств заземления сотрудников, оборудования и материалов, таких как ионизаторы.

Рабочие поверхности с защитой от ESD и сопротивлением заземления от 1 МОм до 1 ГОм обеспечивают поверхность с таким же электрическим потенциалом, что и другие элементы управления электростатическим разрядом на рабочей поверхности. Они обеспечивают электрический путь к земле для контролируемого рассеивания любых статических зарядов на материалах, контактирующих с поверхностью. Рабочая поверхность помогает определить конкретную рабочую область, в которой следует обрабатывать ЧЭСР. Рабочая поверхность должна быть подключена к общей точке заземления.

 

  

Рисунок 1: Стандартная рабочая поверхность

 

Тестер непрерывного мониторинга

Тестер непрерывного мониторинга предназначен для непрерывного тестирования системы браслета. Несмотря на использование ряда технологий, цель остается неизменной: электрические соединения проверяются между точкой заземления, шнуром заземления, браслетом и телом человека, в то время как пользователь работает с ЧЭСР. Тестеры непрерывного мониторинга могут также применяться для постоянного контроля заземления рабочей поверхности ESD (антистатических ковриков) или другого оборудования (например, паяльной станции).

 Стандартные программы тестирования рекомендуют ежедневно проверять антистатические браслеты перед началом работы. Однако, если производимое оборудование дорогостоящее или от его корректной работы зависят человеческие жизни, то следует рассмотреть вариант применения тестеров непрерывного мониторинга. Ежедневное тестирование браслета можно не проводить, если используется тестер непрерывного мониторинга.

Электростатика: элементы учебной физики

Электростатика: элементы учебной физики

Продолжение. См. № 17, 18, 19/07

В.В.МАЙЕР,
Гоу ВПО ГГПИ им. В.Г.Короленко, г. Глазов,
Республика Удмуртия

[email protected]

Лекция 4. Электрическое поле

Человек существует в гравитационном поле, которое он в принципе не может устранить. Электрическое поле можно создавать и уничтожать в простых опытах. Поэтому экспериментально изучать электрическое поле можно на гораздо более глубоком уровне, чем гравитационное. Фактически общее понятие физического поля формиру­ется в сознании учащихся именно при изучении электрического поля.

В электростатике имеют дело с электрическими полями, создаваемыми неподвижными зарядами. Такие не изменяющиеся с течением времени поля называются электростатическими. Но, усвоив понятие электростатического поля, вскоре учащиеся должны овладеть понятиями стационар­ного электрического, вихревого электрического и электромагнитного полей. Поэтому уже в электростатике нужно зна комить учащихся с полями, которые не являются электростатическими.

Это необходимо ещё и потому, что в реальной электростатике никогда не имеют дела с не изменяющимися во времени зарядами. Действительно, при электризации заряды разделяются и возрастают, заряженные электрометры постепенно разряжаются, заряды проходят по проводникам и перемещаются вместе с заряженными телами. Поэтому при изучении электростатики необходимы начальные представления и об электрическом токе, и о переменных электрических полях.

Но главное, в чём должны быть убеждены учащиеся, – это в реальности существования электрического поля, которое создаётся электрическими зарядами и передаёт их взаимодействие, и которое окружает всех нас постольку, поскольку мы пользуемся электричеством. Эта убеждённость должна опираться на систему экспериментальных доказательств, а не на авторитет учебника или учителя.

4.1. Понятие электрического поля. Опыт показывает, что заряженное тело вызывает притяжение или отталкивание другого заряженного тела на расстоянии. Непредвзято анализируя этот и другие эксперименты, вряд ли можно согласиться со странным утверждением, будто один заряд действует на другой непосредственно через пустое пространство. С этим не мог согласиться и великий экспериментатор М.Фарадей, хотя многие теоретики его времени, следуя И.Ньютону, были убеждены в справедливости так называемой теории дальнодействия. Фарадей считал, что заряд порождает вокруг себя особый вид материи – электрическое поле, – которое простирается до бесконечности и отличается от иных видов материи тем, что способно действовать на другой заряд.

Понятие электрического поля, подобно понятию заряда, относится к основным, или фундаментальным, физическим понятиям и не может быть определено формально. Существование электрического поля подтверждается всей совокупностью экспериментов электродинамики – нет ни одного опыта, которому противоречила бы концепция электрического поля.

Можно поставить опыты, наглядно показывающие электрическое поле, созданное зарядами.

В плоский сосуд, наполненный густым маслом, введём два проводящих шарика и насыпем лёгкий сыпучий непроводящий порошок, например манную крупу или мелко настриженный волос. На шарики подадим разноимённые заряды.

При этом будем наблюдать, как первоначально хаотически ориентированные частички выстраиваются в линии, начинающиеся на одном и заканчивающиеся на другом заряде. Таким образом, в каждой точке пространства между двумя зарядами имеется субстанция, которой не было при отсутствии зарядов. Это и есть электрическое поле. Частицы выстраиваются в линии потому, что со стороны электрического поля на них действуют силы. Поэтому линии между электродами, которые обозначают частицы, называются силовыми линиями электрического поля.

4.2. Энергия электрического поля. При электризации трением, давлением или посредством электростатической индукции разноимённые заряды возникают за счёт механической работы. Значит, для создания электрического поля надо совершить работу. В электрическом поле заряжен­ные тела начинают перемещаться и поворачиваться. Следовательно, электрическое поле способно совершать работу. Таким образом, электрическое поле обладает энергией.

При разряде заряженных тел электрическое поле исчезает, и его энер­гия превращается в кинетическую энергию движущихся зарядов. В металлах это электроны, в жидкостях и газах – электроны и ионы. Кинетическая энергия зарядов превращается в другие виды энергии. Например, если при разряде возникает электрическая искра, то энергия электрического поля в конечном итоге превращается в механическую (звук), тепловую (нагрев), световую (вспышка).

4.3. Скорость распространения электрического поля. Доказать существование электрического поля можно только экспериментально. Пусть два заряженных тела расположены на некотором расстоянии друг от друга. Сдвинем одно из них на небольшое расстояние. Тогда изменится сила, действующая на второе тело, и оно также переместится на соответствующее расстояние. Если электрическое поле реально существует, то перемещение второго тела должно произойти спустя некоторое время, в течение которого изменение поля вблизи первого тела дойдёт до второго.

Опыты с заряженными телами показывают, что электрическое воздействие одного заряженного тела на другое происходит мгновенно. Давайте вдумаемся в это утверждение. Мгновенно – значит моментально, в тот же момент времени. Поэтому промежуток времени между перемещением первого заряда и откликом на это перемещение второго заряда должен быть равен нулю. Но ни один эксперимент не позволяет измерить как угодно малый промежуток времени. Значит, опыты по перемещению зарядов, на которые мы ссылались, доказывают только то, что взаимодействие происходит за время, меньшее чувствительности использованных часов или иных измерителей времени.

Если перемещать заряд очень быстро и воздействовать им на заряд, который тоже может двигаться с большой скоростью, то, может быть, удастся измерить время распространения взаимодействия между зарядами? Но как заставить заряд быстро перемещаться? Понятно, что пытаться использовать механическое перемещение бесполезно. Вспомним, что при сближении заряженных противоположными зарядами шариков между ними проскакивает искра и шарики разряжаются. Это означает, что заряд с одного из них переходит на другой. Движение заряда при этом происходит очень быстро.

Воспользовавшись этим наблюдением, соберём экспериментальную установку, состоящую из двух одинаковых пар проводящих стержней с разрядными промежутками между ними. Зарядим металлические шарики одной пары стержней зарядами +q и –q и начнём их сближать. Как только между шариками проскочит искра, появляется маленькая искорка между шариками и во втором диполе! Отсюда следует, что быстрое движение зарядов в одной точке пространства вызывает соответствующее движение зарядов в другой точке.

Казалось бы, мы не узнали ничего нового. Но это не так: заряды в обсуждаемом эксперименте движутся настолько быстро, что удаётся измерить время, необходимое для распространения изменения электрического состояния на некоторое расстояние. Такие измерения будут выполнены позже, в конце изучения электродинамики. Сейчас, забегая вперёд, можно просто сообщить учащимся, что они дадут значение скорости передачи электрического состояния с = 3 • 10⁸ м/с.

Таким образом, электрическое поле реально существует потому, что, как показывает эксперимент, оно обладает энергией и его изменения рас­пространяются в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

Любопытно, что описанный опыт первым поставил итальянский физик Л.Гальвани на заре систематического исследования явлений электродинамики. Правда, вместо второго разрядного промежутка он использовал препарированную лапку лягушки, которая сокращалась всякий раз, когда проскакивала искра между шариками первого разрядного промежутка. Спустя примерно 100 лет фактически те же опыты повторил немецкий физик Г. Герц. Но он уже владел развитой теорией электродинамических процессов, которую создал К.Максвелл, опиравшийся на «Экспериментальные исследования по электричеству» М.Фарадея. Именно Герц первым экспериментально доказал, что возмущение электрического поля распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны, и измерил скорость этого распространения, которая совпала со скоростью света в вакууме.

4.4. Принцип суперпозиции электрических полей. Согласно полевой концепции электрический заряд действует на другой заряд именно посредством электрического поля. Поле одного заряда действует на другой, а поле второго заряда действует на первый. Так осуществляется взаимодействие двух зарядов. При этом сами поля не взаимодействуют: поле первого заряда остаётся таким же, как если бы второго заряда не было. Электрические поля зарядов просто накладываются друг на друга так, что результирующее поле является суммой составляющих полей. В этом заключается сущность принципа суперпозиции электрических полей (от лат. superposition – наложение).

Принцип суперпозиции надо понимать так: электрическое поле одного заряда не влияет на поля других зарядов, а поля других зарядов не оказывают никакого влияния на поле данного заряда, поэтому результирующее электрическое поле есть простое наложение, или сумма электрических полей, создаваемых всеми зарядами.

Исследование 4.1. Точечный индикатор электростатического поля

Информация. Электростатические поля удобно исследовать с помощью индикаторов, позволяющих оценить направление и величину кулоновской силы в каждой точке поля. Простейший точечный индикатор представляет собой лёгкое проводящее тело, подвешенное на нити. Раньше для изготовления лёгкого шарика рекомендовали использовать сердцевину ветки бузины. В настоящее время бузину целесообразно заменить пенопластом. Возможны и другие решения проблемы.

Задание. Разработайте конструкцию и изготовьте простейший индикатор электростатического поля. Экспериментально определите его чув­ствительность.

Вариант выполнения. Из кусочка резины от детского воздушного шара выдуйте резиновый шарик 1 диаметром 1–2 см. Шарик привяжите к белой шёлковой или капроновой нити 2, которую проденьте через полиэтиленовую трубку 3 и зажмите деревянным колышком 4. Поверхность шарика натрите до характерного металлического блеска графитовым порошком от грифеля мягкого простого карандаша.

Шарик зарядите от потёртой мехом эбонитовой палочки, пье­зоэлек­трического источника или электрофорной машины. Введите индикатор в поле сферического заряда и по величине действующей силы оцените чув­ствительность индикатора (см. исследование 3.5).

Исследование 4.2. Исследование электростатических полей

Задание. Используя точечный индикатор, исследуйте электростатические поля различных заряженных тел.

Вариант выполнения. Из рисунка понятно, как посредством точечного индикатора можно исследовать поле наэлектризованного трением листа оргстекла или пенопласта.

Аналогичным образом можно исследовать поле заряженного шара электроскопа, изменение этого поля при заземлении корпуса прибора, поле двух заряженных разноимённо и одноимённо шаров, поле заряженной металлической пластины и т.д. Такие исследования дают наглядный образ электростатических полей в различных ситуациях.

В качестве примера на рисунке показана последовательность выполнения демонстрации экранирующего действия заземлённого проводника.

 

Вначале показывают, что электрическое поле существует по обе стороны наэлектризованного диэлектрика (рис. а). Затем в промежуток между заряженным телом и одним из индикаторов за изолирующую ручку вносят большой металлический лист; при этом индикатор показывает, что электростатическое поле за листом не исчезает (рис. б). Наконец металлический лист заземляют, и шарик индикатора немедленно опадает (рис. в). Убрав заземление экрана, показывают, что электростатическое поле за ним восстанавливается.

Исследование 4.3. Дипольный индикатор электростатического поля

Информация. Возможные конструкции дипольного индикатора понятны из рисунков внизу.

Основой индикатора является лёгкая полиэтиленовая трубочка 1 с отверстием посередине (можно взять соломинку). В качестве оси вращения удобно использовать канцелярскую булавку 2, на которую надеты бусинки 3, выполняющие роль подшипников, и пенопластовый фиксатор 4. Булавку крепят либо на подставке 5, либо на конце держателя 6. На рис. в показана ещё более простая конструкция. В простейшем случае индикатор может представлять собой полоску бумаги, согнутую под углом вдоль и установленную на иглу в центре тяжести.

Задание. Выберите наиболее доступную конструкцию, изготовьте дипольные индикаторы и с их помощью исследуйте различные электростатические поля. Объясните, почему незаряженная трубка ориентируется в электрическом поле.

Вариант выполнения. Изготовив несколько однотипных дипольных индикаторов, вы можете с их помощью визуализировать интересующие вас поля.

Учащимся будет интересна такая работа при условии, что опыты с диполями окажутся не слишком капризными. А это может случиться, если конструкция диполя не будет отработана: слишком большое трение на оси вращения смажет эффект от экспериментов. Поэтому изготовление дипольных индикаторов, при кажущейся простоте, требует и старания, и тщательности.

Возможно, наилучший вариант применения дипольного индикатора заключается в использовании его для объяснения физической сущности визуализации электрических полей мелким диэлектрическим порошком.

Исследование 4.4. Спектры электрических полей

Информация. Диэлектрические частицы в электрическом поле обозначают силовые линии и тем самым делают поле видимым – визуализируют его. Получающиеся при этом картины электрических полей называются спектрами.

Задание. Объясните метод визуализации электростатических полей диэлектрическим порошком так, чтобы его сущность стала понятной учащимся. Получите и исследуйте спектры различных электрических полей.

Вариант выполнения. Для объяснения воспользуйтесь аналогией между отдельной частицей порошка и дипольным индикатором (см. исследование 4.3). Добейтесь понимания учащимися, почему частицы порошка выстраиваются в обособленные друг от друга силовые линии поля. Проделайте модельные эксперименты с двумя дипольными индикаторами, подтверждающими ваше объяснение.

Для школьного физического кабинета промышленность выпускает специальные приборы для демонстрации спектров электрических полей. Эти приборы представляют собой нанесённые электропроводящей краской на пластинки из оргстекла электроды, на которые устанавливается плоская кювета с касторовым маслом со взвешенными частицами манной крупы. Приборы помещают на конденсор кодоскопа, электроды подключают к высоковольтному источнику и проецируют визуализированное поле на экран. Целесообразно продемонстрировать учащимся электрические поля разноимённо и одноимённо заряженных тел, заряженной плоскости, двух разноимённо заряженных плоскостей.

Визуализированные картины электрических полей на экране очень красивы и информативны, но сам демонстрационный опыт трудно считать безупречным, поскольку в нём одновременно используются приборы, в которых имеются сетевое напряжение 220 В и высоковольтное напряжение до 25 кВ.

Поэтому несравненно больше пользы будет, если школьники самостоятельно выполнят исследование полей в домашних условиях. Для этого в блюдце нужно налить немного подсолнечного масла и присыпать его сверху манной крупой или мелко настриженным волосом. Затем поместить в масло металлические электроды требуемой формы и соединить их с пьезоэлектрическим источником. Нажимая на рычаг этого источника, юные исследователи увидят, как взвешенные в масле частицы будут визуализировать исследуемые электрические поля.

В индивидуальных экспериментах можно также использовать прозрачную пластмассовую баночку с визуализирующим поле составом, ставя её плоским дном на электроды, вырезанные из толстой алюминиевой фольги.

Исследование 4.5. Построение силовых линий электрич

Приборы и методы измерения электростатических полей

    ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ [c.181]

    Статический метод состоит в том, что на площадке датчика, внесенного в электростатическое поле, замыкается часть потока вектора индукции. Система приобретает свободный заряд Q, величина которого пропорциональна измеряемой напряженности. Для измерения заряда на емкости применяются приборы электростатической системы [27], различные типы ламповых вольтметров и электрометров [24, 25, 29]. Наилучшие результаты получаются при использовании в приборах этого типа электрометров с емкостным. вибрационным преобразователем [21, 26, 28]. [c.183]

    Градуировку приборов обычно производят в поле заряженной плоскости [3]. Однако такой способ не позволяет определить, какой из параметров (потенциал или напряженность) электрического поля измеряет прибор и пригоден ли он вообще для измерений в полях произвольной конфигурации, а это особенно важно для переносных приборов, применяемых для измерений в самых разнообразных производственных условиях. Поэтому для градуировки приборов с неизвестными характеристиками разработан специальный метод их градуируют в электростатическом поле заданной конфигурации, например в поле заряженного шара с регулируемым потенциалом [42]. [c.185]

    Таким образом, если измеряемая напряженность поля на стенке аппарата (наиболее удобное место для установки датчика прибора) значительно меньше пробойной, то это еще не означает, что формирование электростатических разрядов в объеме этого аппарата невозможно. Они могут возникать, как уже отмечалось выше, в местах наибольшей напряженности поля. Измерение же локальных усилений электрического поля на конструктивных элементах, выступающих внутрь аппарата, сопряжено со значительными трудностями. Таким образом, установить допустимую (безопасную) границу напряженностей электрических полей, возникающих в технологическом оборудовании, довольно сложно. Поэтому при оценке опасности электризации дисперсных материалов по указанному методу считают, что любой электрический разряд в аппарате опасен для этих материалов. Их чувствительность к искровому разряду вообще не учитывают. [c.179]

    Для устранения этих недостатков чувствительный элемент датчиков выполняется в виде двух секторов, которые в обычных условиях экранированы и заземлены перекрывающими их постоянно заземленными металлическими секторами. Датчик может быть выполнен в виде пистолета. После внесения его в измеряемое поле л нажатия на спусковой крючок экран отрывается, и чувствительный элемент подвергается воздействию поля. Снимаются показания измерительного прибора, после чего экран возвращается в первоначальное положение [4]. Однако эти датчики оказываются неудобными, если существует необходимость непрерывного длительного взмерения напряженности поля или записи изменений ее во времени. В этом случае экран приводят во вращательное движение. Чувствительные пластины подключают к земле через большое сопротивление, с которого и снимают переменное напряжение. На датчиках этого типа, которые, в сущности, являются электростатическими генераторами, основан динамический метод измерения напряженности поля. Электростатические генераторы — это одна из разновидностей пар

Тестовый метр / измеритель электростатического поля Ручной измеритель электростатического поля Статический измеритель | |

Переносной измеритель электростатического поля с ЖК-дисплеем

Параметр

Диапазон испытаний: низкий диапазон 0- ± 20 кВ Высокий диапазон ± 20 кВ- ± 200 кВ Автоматический выбор

Тестовое расстояние: 10 см или 1 см

Точность измерения: ± 10%

Время реакции: менее 1 секунды

Обновление данных: 3 раза в секунду

Питание: сухая батарея 9 В

Рабочая температура: от -40 ° C до 60 ° C

Рабочая влажность: 0-80%

Размер инструмента: 135 мм (длина) * 75 мм (ширина) * 32 мм (толщина)

Вес прибора: 153 г

Тестер электростатического поля CR-2 — это портативный бесконтактный тестер электростатического поля со стабильной производительностью, встроенным микропроцессором, точным и надежным измерением, но небольшими размерами, малым весом и простотой использования.

Примеры применения

• Для упаковочных материалов, таких как пена, упаковочная пленка и пакеты, требуются электростатические тестеры.

• Электростатические тестеры требуются для вспомогательных средств производственной линии, таких как бытовые приборы, сумки, инструменты, ленты и рулонные материалы.

• Для таких сырьевых материалов, как пластмассы, линзы, ящики для инструментов, ящики для компонентов, шкафы для оборудования и т. Д. Требуются электростатические тестеры.

• Оборудование персонала, такое как: статическое электричество, антистатическая одежда, чистая антистатическая одежда, нуждаются в тестере статического электричества.

Характеристики продукта

• CR-2 используется для измерения электростатического напряжения на поверхности объекта. Предустановленное расстояние обнаружения составляет 10 см.

• Использует 3-значный полужидкокристаллический цифровой дисплей, автоматически отображает измеренное значение статического напряжения.

• Подходит для периодического измерения и мониторинга статического напряжения.

• Автоматически распознает положительную и отрицательную полярность статического напряжения.

• Есть индикатор заряда аккумулятора, индикатор пониженного напряжения «BAT».

• Может быть несколько диапазонов для различения зависимости между значением статического напряжения и измеренным расстоянием.

CR-2 помогает определить причину статического электричества и может определять местоположение, размер и характеристики полярности статического электричества, обеспечивая научную основу для решения электростатических проблем.

• CR-2 может сравнивать эффект устранения статического электричества ионизаторов, электростатических стержней и ионно-воздушных пистолетов. Помогите определить правильное положение для установки нейтрализатора статического электричества.

• Функция быстрой очистки ZERO

Тестер электростатического поля CR-2 имеет диапазон измерения от -200 до +200 кВ. Предустановленное стандартное расстояние измерения составляет 10 мм. Электростатический тестер имеет небольшие погрешности в результатах измерений, надежен и надежен.Цифровой дисплей, четкий и прямой. И может обнаруживать характеристики положительной и отрицательной полярности электростатического потенциала поверхности.

Техническое обслуживание и контроль качества

! Не прикасайтесь к датчику во время его использования. Инструмент не должен подвергаться сильным ударам, сотрясениям или падению. В противном случае возможно повреждение датчика.

! Использование прибора в среде ионного ветра приведет к большим ошибкам измерения.

! Избегайте попадания искр на зонд .

примечание ：

Стандартная посылка не включает батареи. Потому что международная воздушная доставка запрещает до

Нужен аккумулятор 9В 9В аккумулятор

Товар включает р.

Портативный измеритель электростатического поля с ЖК-дисплеем (032034)

FMX 004 Портативный измеритель статического поля с ЖК-дисплеем Статический тестер для SIMCO | |

FMX-004 Портативный измеритель электростатического поля с ЖК-экраном, статический тестер для SIMCO

Описание:

Отражатель рефлектора электростатического поля SIMCO FMX-004 — это портативный бесконтактный прибор для измерения электростатического поля, который измеряет значение статического электричества на поверхности объекта, а статическое электричество съемки устраняет ионную подстройку оборудования

Характерная черта:

1. Легко читается, проста в использовании операция
2. Легкий вес, компактный дизайн
3. Индикатор дальности обеспечивает точные и повторяемые измерения
4. Цифровой дисплей и гистограмма
5. Автоматическое отключение через пять минут (при желании можно отключить)

Основной параметр:

1. Диапазон измерения: от 0 до ± 1. 49кВ (низкий диапазон)

От ± 1,0 кВ до ± 30,00 кВ (высокий диапазон)

(гистерезис диапазона: от ± 1,0 кВ до ± 1,5 кВ)

От 0 до ± 300 В (диапазон измерения низкого баланса)

1. Расстояние измерения: 1 «± 1/64» (25 мм ± 0,5 мм), светодиодная направляющая для правильного расстояния

(между измерителем объекта и полем)

1. Время отклика: <1 с
2. Скорость обновления ЖК-дисплея: 5 раз / с
3. Точность: ± 10%
4. Условия окружающей среды: 50 ° -100 ° F (10 ° — 40 °), 0-60% относительной влажности (без конденсации)
5. Характеристики дисплея: гистограмма, красный ЖК-дисплей с положительной полярностью, синий ЖК-дисплей с отрицательной полярностью.
6. Точность гистограммы: ± 0.1 кВ для низкого диапазона ± 2 кВ для высокого диапазона, ± 20 В для диапазона баланса ионов
7. Цифровое считывание: автоматическое переключение диапазона, три цифры x.xx = от 0 до ± 1,49 кВ, xx.x = от ± 1,0 кВ до ± 30,0 кВ (Hi), xxx = от 0 до 300 (долгосрочное равновесие)
8. lon отображение режима балансировки: отображается (IB)
9. Индикатор отображения заряда аккумулятора или
10. Переключатель HOLD для сохранения дисплея после измерения
11. Знак ошибки (ERR) появляется, если датчик поврежден
12. Функция будильника: звуковой сигнал будет слышен во время следующих действий;
13. Включение: один звуковой сигнал
14. Включение с отключенной функцией автоматического выключения: {Нажмите кнопку питания более 3 секунд, три звуковых сигнала
15. Автоматическое отключение питания: короткие звуковые сигналы с интервалом в 1 секунду в течение 5 секунд перед отключением питания
16. Превышение диапазона: непрерывный звук
17. Автоматическое отключение питания: питание автоматически отключается через пять минут, при отключении этой функции отображается ВЫКЛ.
18. Источник питания: 9 В, марганцевая батарея (батарея не входит в комплект из-за политики доставки)
19. Срок службы батареи: более 30 часов
20. Размер: 123 мм (L) x 73 мм (W) x 25 мм (D)
21. Вес: 170 г
22. Материал корпуса: проводящая смола (ABS)

Технические характеристики

ПОЛЕВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ PFM-711A

ОБЩИЙ АССОРТИМЕНТ

Высокий диапазон от 0 В до ± 19.99 кВ (на расстоянии 1 «± 0,03»):
Наименьшая значащая цифра указывает вольт на один дюйм (кВ / дюйм) с шагом 10 вольт

Нижний диапазон от 0 В до ± 1,999 В (на расстоянии 1 ± 0,03 дюйма):
Наименьшая значащая цифра указывает вольт на один дюйм (В / дюйм) с шагом в 1 вольт.

Измеряет более высокие напряжения на больших расстояниях, например, при 2-дюймовом двойном указанном напряжении на
4 дюйма умножьте указанное напряжение на четыре.

ДОПУСК ПРИБОРА

± 5% от 0 В до 10 кВ
Допуск при> 10 кВ зависит от условий и обращения
На точность не влияет наличие ионизации воздуха.
Примечание. Рабочие характеристики при установке в лабораторном приспособлении на расстоянии 1 дюйма от контрольной пластины

размером 6 x 6 дюймов.

ФОНАРЬ ДИАПАЗОНА

Красный «Бычий глаз» на расстоянии 1 ± 0,03 дюйма

ДИСПЛЕЙ МЕТРА

3½ разрядный жидкокристаллический дисплей с высотой цифр 0,4 дюйма.
Индикаторы автоматической полярности, HOLD и LOW BATTERY

ОТВЕТ

Цифровой дисплей обновляется три (3) раза в секунду.
Постоянная времени аналогового выхода: любой из диапазонов 0.1 сек.
Постоянные времени отображения: высокий диапазон 0,2 сек., Низкий диапазон 2,0 сек.

ВЫХОД

Аналоговый сигнальный выход и двухжильный кабель 30 дюймов.
± 10,0 кВ показания счетчика равны выходному напряжению ± 1,0 В

ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ

Трехпозиционный ползунковый переключатель: KV / INCH — OFF — V / INCH
Кнопка Sample / HOLD и ручка регулировки ZERO.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Цепь измерителя заземлена через токопроводящий корпус и 10-миллиметровую защелку, установленную на задней части корпуса.

МОЩНОСТЬ

Щелочная батарея 9 В постоянного тока.
Срок службы батареи минимум 40 часов.

РАЗМЕРЫ

2,4 дюйма x 4,2 дюйма x 0,9 дюйма (6,1 см x 10,7 см x 2,3 см)
1,3 дюйма глубиной с нулевой ручкой и застежкой-кнопкой (3,3 см)

ВЕС

5 унций с установленной батареей (142 г)

ЗАРЯДНАЯ ПЛИТА CPM-720A В СБОРЕ

ДОПУСК

Соответствует полевому измерителю PFM-711A в пределах 5% при совместной калибровке

МОЩНОСТЬ

Емкость пластины 10 пикофарад (пФ) ± 1 пФ
Примечание: Емкость пластины составляет 15.8 пФ при установке на заполненный измеритель PFM-711A

ДИАПАЗОН

От 0 до ± 5,5 кВ ± 2% при 23 ºC, 30% относительной влажности.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Сквозной токопроводящий корпус и защелка полевого измерителя PFM-711A

РАЗМЕР

3,25 x 3,25 x 0,9 дюйма (8,25 x 8,25 x 2,3 см)

ВЕС

8 унций (227 г)

ИСТОЧНИК ЗАРЯДКИ PCS-730

ВХОДНАЯ МОЩНОСТЬ

Щелочная батарея 9 вольт.
Срок службы батареи более 40 часов непрерывной работы.

ВЫХОД

± 1,250 ± 5% вольт постоянного тока
Ток ограничен до менее 1 мкА.

ВЫХОДНОЙ РАЗЪЕМ

Женский банановый штекер снабжен контактной палочкой.

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Застежка-молния с внутренней резьбой 10 мм на задней стороне корпуса.
Обратите внимание, что для правильной работы необходимо установить трубку и заземлить устройство.

РАЗМЕР

2.5 дюймов x 4,0 дюйма x 1,5 дюйма (6,3 см x 10 см x 3,8 см)
2,5 дюйма x 4,2 дюйма x 1,8 дюйма с входным разъемом, переключателем и защелкой (6,3 см x 10,7 см x 46 см)

ВЕС

6 унций с установленной батареей (170 г)

.