Вблизи поверхности Земли есть электростатическое поле порядка 100 В/м. Предложите эксперименты для его измерения.
▶Посмотреть решениеСкрыть решение
Поле \(\sim100\) В/м означает: на каждом метре высоты потенциал атмосферы растёт примерно на \(100\) В (земля минус, небо плюс). Это уже измеримо школьным электрометром, если аккуратно отвести наводки.
1. Две пластины на разной высоте. Две горизонтальные проводящие пластины площади \(S\), разнесённые по вертикали на \(h\). В поле Земли на них наводятся заряды, и если пластины соединить через гальванометр, при разведении (или при экранировании одной) протечёт заряд. Проще: измерить разность потенциалов изолированных пластин, \[ \Delta\varphi=Eh\sim100\,\frac{\text{В}}{\text{м}}\cdot h. \] При \(h=2\) м это \(200\) В — вполне видимо. Чтобы пластина приняла потенциал «своей» высоты, воздух между ними иногда ионизируют (спичка, радиоактивный коллектор): иначе воздух — изолятор, и пластина помнит, с чем её соединяли в последний раз.
2. Сбор индуцированного заряда. Горизонтальная пластина площади \(S\), лежащая на изоляторах. Поле входит в неё сверху, \(\sigma=\varepsilon_0 E\), полный индуцированный заряд \[ q=\varepsilon_0 ES. \] При \(S=1\) м\(^2\), \(E=100\) В/м получаем \(q=8{,}85\cdot10^{-10}\) Кл — пикокулоны, но баллистическим гальванометром или современным электрометром измеримо. Заземлили — заряд стёк, измерили импульс тока; отключили землю, перевернули пластину (или накрыли экраном) — поле «выключилось», заряд можно снять ещё раз.
3. Радиоактивный коллектор. Игла с препаратом ионизирует воздух в своей окрестности; провод, соединённый с иглой, принимает потенциал атмосферы на этой высоте. Две такие иглы на разных высотах дают \(\Delta\varphi=Eh\). Так измеряли поле Земли ещё в XIX веке.
Осторожность: деревья, стены, сам экспериментатор искажают поле (они проводники). Измерять лучше на открытом месте, пластины — далеко от стоек.