Трактат об электричестве и магнетизме

Вместо подвешивания целиком одного из дисков и определения действующей на него силы центральная часть диска отделяется от остальной части и образует притягивающийся диск, а внешнее кольцо, составляющее остальную часть диска, закрепляется. Таким образом, измеряется сила, действующая на ту часть диска, на которой сила является наиболее регулярной, а недостаточная однородность электризации вблизи от края становится несущественной, поскольку край находится на защитном кольце, а не на подвешенной части диска [рис. 19].

Рис. 19

Кроме того, соединяя защитное кольцо с металлической камерой, окружающей заднюю сторону притягивающегося диска и все детали, с помощью которых осуществляется подвешивание, мы тем самым делаем невозможной электризацию задней стороны диска, поскольку это есть часть внутренней поверхности замкнутого пустотелого проводника, все части которого имеют одно и то же значение потенциала.

Таким образом, абсолютный электрометр Томсона состоит по существу из двух параллельных пластин с разными потенциалами, причём одна из них сделана так, что определённая площадь, ни одна из частей которой не находится вблизи края пластины, может быть приведена в движение под действием электрических сил. Для определённости мы можем предположить, что притягивающийся диск и защитное кольцо находятся сверху. Неподвижный диск расположен горизонтально и укреплён на изолирующем стержне, который с помощью микрометрического винта может получать измеримые перемещения по вертикали. Защитное кольцо по меньшей мере столь же велико, как и закреплённый диск; его нижняя поверхность является действительно плоской и параллельной закреплённому диску. Над защитным кольцом помещаются чувствительные весы, к которым подвешен лёгкий подвижный диск, который почти заполняет круговую апертуру защитного кольца, но не трётся о края апертуры. Нижняя поверхность подвижного диска должна быть строго плоской, и мы должны иметь возможность знать, когда эта плоскость совпадает с плоскостью нижней поверхности защитного кольца, так что при этом образуется одна плоскость, прерываемая только узким промежутком между диском и его защитным кольцом.

Для этой цели нижний диск поднимается с помощью винта вверх до тех пор, пока он не коснётся защитного кольца, и подвешенному диску дают опуститься на нижний диск, так что его нижняя поверхность оказывается в той же самой плоскости, что и нижняя поверхность защитного кольца. Затем положение подвешенного диска по отношению к защитному кольцу устанавливается с помощью системы контрольных отметок. Сэр У. Томсон обычно использует для этой цели прикреплённый к подвижной части чёрный волосок. Этот волосок перемещается вверх или вниз прямо перед двумя чёрными отметками, сделанными на белом эмалированном фоне, и наблюдается вместе с этими двумя отметками через плоско-выпуклую линзу, обращённую плоской стороной к глазу. Если волосок при наблюдении через линзу выглядит прямым и делит пополам расстояние между чёрными отметками, то говорят, что он находится в установленном положении. Это означает, что подвешенный диск, вместе с которым движется волосок, находится в должном положении по высоте. Горизонтальность подвешенного диска можно проверить, сравнивая отражённое изображение части любого объекта от верхней поверхности диска с отражением остальной части того же самого объекта от верхней поверхности защитного кольца.

Затем весы регулируются так, чтобы они находились в равновесии в установленном положении, если на центр подвешенного диска помещён известный вес. При этом весь прибор освобождается от электризации тем, что все его части приводятся в металлическое соединение. Защитное кольцо накрывается металлической камерой так, чтобы закрыть также весы и подвижный диск, для наблюдения контрольных отметок оставляются достаточные отверстия.

Защитное кольцо, камера и подвешенный диск - все находятся в металлическом соединении друг с другом, но изолированы от остальных частей прибора.

Пусть теперь требуется измерить разность потенциалов двух проводников. С помощью проводов проводники соединяются соответственно с верхним и нижним дисками, с подвешенного диска убирается вес, и нижний диск перемещается вверх с помощью микрометрического винта до тех пор, пока электрическое притяжение не сместит подвешенный диск вниз в установленное положение. Тогда мы знаем, что притяжение между дисками равно весу, который приводил диск в его установленное положение.

Если W есть численное значение веса, a g - сила тяжести, то сила равна Wg и если A - площадь подвешенного диска, D - расстояние между дисками и V - разность потенциалов дисков, то

Wg

=

V^2A

8D^2

, или

V

=

D

8gW

A

1/2

.

Если подвешенный диск имеет круговую форму и радиус его равен R, а радиус апертуры защитного кольца равен R', то ⁷

A

=

1

2

(R^2+R'^2)

 и

V

=

4D

gW

R^2+R'^2

1/2

.

⁷ Обозначим радиус подвешенного диска через R а радиус апертуры защитного кольца через R', тогда ширина кольцевого промежутка между диском и кольцом будет равна B=R-R'.