Электрическое поле - проблема измерительных систем

[rambler87]

Добрый день, али ночь.
Рассмотрим две системы: 1. электроды погружены в дистиллированную воду, на электроды подается напряжение. при попытки измерить напряжение "в лоб" - то есть опустив в данные точки щупы от вольтметра - милливольтметра - мы получим ноль - что "говорит говорит об отсутствии разницы потенциалов" между данными точками - но разность -то потенциалов существует? Электрическое поле существует? - Но данным методом, требующим наличие тока, который в воде в отсутствии электролита взять просто неоткуда, померить её (разность потенциалов) мы не можем - то есть померить её прямо исходя из формализованного определения что такое разность потенциалов? 2. Все тоже самое, но в среде появляются свободные носители заряда - тогда метод прямого измерения разности потенциалов между точками начинает работать - хотя опять же "работать" в кавычках - характеризовать мы можем на основе показаний вольтметра только то, насколько много или мало переносчиков заряда в среде? - иными словами - появляется ток через вольтметр - однако будет ли данный метод работать?
Вопрос такой - чего-то я недопонимаю - как можно практически измерить и оценить параметры электрического поля в диэлектрике (чистая вода свободная от ионов - диэлектрик?). Спасибо

[Александрович]

Для измерения напряжения клеммы вольтметра непосредственно подсоединяют к электродам.

[Klark]

Какое входное сопротивление вольтметра? Этот параметр определяет область применения прибора.

[rustot]

rambler87 в сообщении #922460 писал(а):

электроды погружены в дистиллированную воду, на электроды подается напряжение. при попытки измерить напряжение "в лоб" - то есть опустив в данные точки щупы от вольтметра - милливольтметра - мы получим ноль - что "говорит говорит об отсутствии разницы потенциалов" между данными точками - но разность -то потенциалов существует?

разность потенциалов _перестает_ существовать под воздействием вольтметра, имеющего слишком малое внутреннее сопротивление. он обнуляет разность потенциалов между этими точками, а измеряет ее правильно, но не ту которая была до его помещения туда

rambler87 в сообщении #922460 писал(а):

Вопрос такой - чего-то я недопонимаю - как можно практически измерить и оценить параметры электрического поля в диэлектрике (чистая вода свободная от ионов - диэлектрик?)

для этого вполне достаточно собственных свободных зарядов в измерительных щупах. над ними и будет совершена работа полем, вольтметр с бесконечным внутренним сопротивлением ее измерит.

[rambler87]

Спасибо
Однако при этом - даже если электронов в щупах достаточно - эта достаточность в диэлектрике закончится практически мгновенно?
В падение напряжения между двумя точками в дистиллированной воде - не измерить простым способом: методом непосредственного соединения данных точек проводником с каким-то большим сопротивлением (в идеале - бесконечно большое сопротивление и бесконечно большая чувствительность)?

-- 24.10.2014, 11:38 --

конкретно: электроды опущены в дистиллированную воду - вообще так или иначе накладывается внешнее электрическое поле - одновременно формируется внутреннее поле у диэлектрика - практически возможно оценить разность потенциалов в точках данного диэлектрика?

[rustot]

электронов в проводниках достаточно чтобы создать (или наоборот скомпенсировать) любые терравольты

соединение исследуемых точек с сопротивлением и измерение протекающего через него тока вовсе не является прямым способом измерения разности потенциалов, это косвенный способ для частного случая, когда изъятые из точек измерения заряды тут же восполняются некоторым источником, стремящимся восстановить эту разность потенциалов. хотя в электротехнике этот способ является основным, потому-что там мы имеем дело с разного рода "батарейками" занимающимися именно такой деятельностью.

любой способ измерения вносит изменения в поле (и значит потенциалы) и измеряет уже измененный вариант. задача лишь минимизировать эти изменения до устраивающих нас значений.

допустим вы помещаете в исследуемые точки два проводящих шарика, соединяете их там проволочкой, убираете проволочку, выносите шарики из поля, измеряете заряд на них. это прокатит и в вакууме, не то что в воде. в воде как раз может не прокатить, если шарики успеют разрядиться пока вы их из воды вытаскиваете. но если проводимости воды для этого достаточно то тогда годится и обычный высокоомный вольтметр

или нативный способ прямо следующий определению разности потенциалов из учебника - измерить на сколько изменяется кинетическая энергия заряда, пролетевшего от одной точки до другой. это если для вакуума

да много можно способов придумать, каждый со своими достоинствами и недостатками. ткнуть в эти точки проводами китайского мультиметра далеко не единственный

[rambler87]

Спасибо.
А все ясно кажется теперь стало

[rustot]

rambler87 в сообщении #922531 писал(а):

ак тогда на этих шариках-пробниках может поменяться заряд

я же написал - мы их на мгновение соединяем в воде проволочкой, так что с одного на другой переместится ровно столько заряда, чтобы сделать разность потенциалов между этими точками нулевой. а если их потом вынести в область где поля не было то наоборот эти заряды создадут между шариками такую же разность потенциалов как мы пытались измерить, только с обратным знаком.

[rambler87]

А в случае измерения разности потенциалов между точками пространства в электролите? Тут ситуация усложняется?

[rustot]

наоборот, тут можно воспользоваться традиционным вольтметром, ответвив на него столь малую часть протекающего в электролите тока, чтобы не изменить существенно измеряемую разность потенциалов

[rambler87]

а метод шариков уже здесь не годится?

[rustot]

нет. он как раз для случая когда неоткуда брать заряды для создания тока кроме как из самих проводников

да обычный современный высокоомный вольтметр снимает все такие проблемы на практике. у него постоянная времени RC цепочки из внутреннего сопротивления и емкости собственных измерительных проводов составляет несколько секунд. от батарейки щупы отключил, а напряжение все еще показывает.

занес щупы быстро в воду - показало разность потенциалов, потом она постепенно убывает до нуля. вынес из воды - опять показало ее же с обратным знаком. вот пиковое значение и есть измеряемая разность потенциалов.

[rambler87]

Спасибо большое за ответы.

-- 24.10.2014, 13:21 --

И ещё вот поведение данной системы можно предсказать теоретически как Вы считаете (если есть время):
Инертный электрод| электролит (либо вода как диэлектрик) | полупроницаемая селективная мембрана|электролит (2)| полупроницаемая селективная мембрана| электролит (либо вода как диэлектрик) | Инертный электрод
Допустим нас интересует разность потенциалов - изменение потенциала на полупроницаемой мембране.
Причём известно, что свойства её (мембраны) и состав электролита 2 (между мембранами), таков, что, в отсутствии внешнего электрического поля, внутренняя (дальняя от электрода) стороны мембран заряжены отрицательно, по отношению к внешним сторонам.
При наложении же внешнего электрического поля (до того как начнется движение носителей зарядов) как произойдет сложение (или вычитание) по принципу суперпозиции внешнего электрического поля и поля создаваемого мембраной?

Можно ли тут провести аналогию с источниками ЭДС включенными навстречу друг другу и против? То есть одна мембрана увеличит на себе разность потенциалов, на другой же мембране происходит вычитание напряженности (вектора) и вплоть до инверсии - то есть разность потенциалов изменит знак на противоположный?

[rustot]

все зависит от поведения зарядов мембраны. если вы в поле напряженность 5в/см поместите батарейку 5в с расстоянием 1см между контактами, то разность потенциалов между ее контактами не обнулится по принципу суперпозиции, батарейка просто вкачает в контакты вдвое больше зарядов, дополнительно изменив поле и сохранит разность потенциалов 5в

если во время всех ваших операций количество зарядов, "прилипших" к мембране останется прежним, то внешнее поле изменит разность потенциалов между сторонами мембраны на величину пропорциональную ее толщине

[rambler87]

если мы рассмотрим не установившееся состояние системы - а первый квазистатическое состояние физической системы сразу после наложения внешнего электрического поля.
предположим - да, количество зарядов на поверхностях мембраны не изменяется - произойдет ли гиперполяризация и деполяризация в этом случае?