Установка для экспериментов в электрическом поле
Установка предназначена для создания однородного электрического поля и может быть использована при экспериментальных исследованиях его влияния на свойства различных объектов (в т.ч. живых организмов), к которым в ходе эксперимента необходим свободный круговой доступ. Установка состоит из ячейки и блока питания. Ячейка представляет собой множество одинаковых, распределенных по цилиндрической поверхности параллельных проводников, потенциалы которых пропорциональны косинусу полярного угла, отсчитываемого от направления поля до проводника ячейки. Ячейка подключается к блоку питания через разъем или переключатель, что позволяет изменять направление поля в исследуемом объекте. Особенностью блока питания является использование трехфазного напряжения.
Установка предназначена для создания однородного электрического поля при экспериментальных исследованиях его влияния на свойства различных объектов (веществ, тел, живых организмов и др.), к которым в ходе эксперимента необходим свободный круговой доступ.
При экспериментах в электрическом поле исследуемый объект помещают в ячейку, обычно представляющую собой плоский конденсатор, подключенный к источнику постоянного напряжения [Конденсатор электрический. Физическая энциклопедия / Гл. ред. A.M.Прохоров. - М.: Сов. энциклопедия. Т.II. 1990, с.436]. Электрическое поле внутри конденсатора является однородным, если линейные размеры пластин конденсатора значительно меньше расстояния между ними. Это обуславливает основной недостаток такой ячейки - невозможность проведения измерений свойств объекта (например, оптических) в направлениях, близких к направлению поля, так как доступ к объекту в этих направлениях закрыт большими пластинами конденсатора.
Для подобных экспериментов желательно иметь аксиально-симметричную ячейку, обеспечивающую круговой доступ к образцу. Ниже описана конструкция такой открытой ячейки и источника питания для нее.
Теоретическое обоснование конструкции ячейки.
Потенциал 
однородного электрического поля с направленной вдоль оси X напряженностью Е есть линейная функция координаты:
Здесь Const - произвольная постоянная. Удобно принять Const=0. В этом случае потенциал =0 при x=0, независимо от величины Е. Это означает, что плоскость YZ является эквипотенциальной поверхностью с =0.
Координаты x точек, лежащих на боковой поверхности цилиндра, ось которого совпадает с осью Z, удовлетворяют выражению
где R - радиус окружности, 
- полярный угол, отсчитываемый от оси X (рис.1). После подстановки (2) в (1) получим
Таким образом, если электрическое поле однородно, то потенциалы точек, лежащих на боковой поверхности цилиндра, пропорциональны косинусу полярного угла. Верно и обратное заключение: если на цилиндрической поверхности создать распределение потенциала, удовлетворяющее условию (3), то электрическое поле внутри этой поверхности будет однородным (и направленным вдоль оси X). Этот вывод является теоретическим обоснованием описываемой конструкции.
Практическая реализация.
В предлагаемой установке вместо сплошной поверхности с непрерывным распределением потенциала используется система, состоящая из N параллельных проводников, расположенных на воображаемой цилиндрической поверхности параллельно ее оси. На рис.2 изображена ячейка для N=6. Потенциалы проводников должны удовлетворять распределению (3), так что потенциал i-го проводника выражается формулой
где 0 - максимальное значение потенциала.
При равномерном распределении проводников
В таблице 1 приведены величины относительных потенциалов (i/0) проводников для разных значений N. При N=4 приводятся два варианта распределения проводников: равномерное с шагом 
i=45° и неравномерное. Первый вариант является аксиально-симметричным, все окна доступа к образцу одинаковы, однако однородность поля выше во втором варианте. В каждом из этих вариантов абсолютные значения косинусов углов одинаковы, поэтому и относительные потенциалы для всех проводников одинаковы по абсолютной величине. Для N=6 и N=12 приведены значения относительных потенциалов при равномерном распределении проводников.
| Таблица 1. | ||||||||||||
| N | 4 | |||||||||||
| i | 1 | 2 | 3 | 4 | ||||||||
| i,° | 45 | 135 | 225 | 315 | ||||||||
| i/0 | -1 | 1 | 1 | -1 | ||||||||
| N | 4 | |||||||||||
| i | 1 | 2 | 3 | 4 | ||||||||
| i,° | 30 | 150 | 210 | 330 | ||||||||
| i/0 | -1 | 1 | 1 | -1 | ||||||||
| N | 6 | |||||||||||
| i | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||||||
| i,° | 60 | 120 | 180 | 240 | 300 | 360 | ||||||
| i/0 | -1 |  |  | 1 |  |  | ||||||
| N | 12 | |||||||||||
| i | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| i,° | 30 | 60 | 90 | 120 | 150 | 180 | 210 | 240 | 270 | 300 | 330 | 360 |
| i/0 |  | | 0 |  |  | 1 |  | | 0 | |  | -1 |
Анализ таблицы позволяет сформулировать требования к источнику напряжения, необходимого для работы ячейки. Рациональным подходом создания напряжений, величины которых относятся друг к другу как 
, является использование умножителей или делителей напряжения, а также трехфазной сети, напряжения в которой находятся в нужной пропорции:
Одна из возможных схем источника питания показана на рис.3. Напряжение сети поступает на вход регулировочного трансформатора Т0, позволяющего плавно изменять выходное напряжение, начиная с нуля. Выход регулировочного трансформатора подключен к входу одного или нескольких высоковольтных трансформаторов, имеющих один или несколько выходов (T1, Т2 ). К выходам высоковольтных трансформаторов подключены выпрямители, умножители или делители напряжения (U1-U6 ). Их выходы соединены с ячейкой через N-контактный N-позиционный разъем или переключатель на N положений и N направлений (X 1). Это позволяет изменять направление электрического поля в образце, не поворачивая образец или ячейку.
Для практической проверки предлагаемой конструкции были изготовлены ячейки с N=6 и N=12. Параметры ячеек: радиус R=5 см, высота h=20 см. В источнике питания использовался лабораторный трехфазный автотрансформатор, высоковольтные газосветные трансформаторы и умножители напряжения. Использование стандартных блоков и узлов упрощает сборку и удешевляет установку. Установка питалась от трехфазной сети переменного тока 220 В/127 В.
Измерения показали, что создаваемое электрическое поле является достаточно однородным: отклонения от постоянного значения не превышали 10% уровня в цилиндрическом объеме диаметром, составляющем от ~0,5 (для N=6) до и ~0,75 (для N=12) от диаметра ячейки.
1. Установка для экспериментальных исследований в электрическом поле, состоящая из ячейки и блока питания, отличающаяся тем, что ячейка состоит из N одинаковых распределенных по цилиндрической поверхности параллельных проводников, соединенных с выходами блока питания, потенциалы которых i пропорциональны косинусу полярного угла i, отсчитываемого от направления поля до i-го проводника ячейки.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что блок питания обеспечивает получение постоянных напряжений, величины которых относятся друг к другу как 
и содержит входной регулировочный трансформатор, подключенный к сети однофазного или трехфазного тока, выход этого трансформатора подключен к входу одного или нескольких высоковольтных трансформаторов, выходы которых соединены с выпрямителями, умножителями или делителями напряжения.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что ячейка и блок питания соединяются через N-контактный N-позиционный разъем или переключатель на N положений и N направлений, что позволяет изменять направление электрического поля без поворота ячейки или образца.
