静电场描绘实验报告.docx
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1、静电场描绘实验报告.doc静电场描绘实验报告静电场描绘实验报告怎样写?那么,下面就随我一起来看看吧。【实验目的】1.学惯用模拟法测绘静电场的原理和方法。2.加深对电场强度和电位要领的理解。3.用作图法处理数据。【实验仪器】静电场描绘仪、静电场描绘仪信号源、导线、数字电压表、电极、同步探针、坐标纸等。【实验原理】在一些科学研究和生产实践中,往往需要了解带电体周围静电场的分布情况。一般来讲带电体的形状比拟复杂,很难用理论方法进行计算。用实验手段直接研究或测绘静电场通常也很困难。由于仪表(或其探测头)放入静电场,总要使被测场原有分布状态发生畸变;除静电式仪表之外的一般磁电式仪表是不能用于静电场的直接
2、测量,由于静电场中不会有电流流过,对这些仪表不起作用。所以,人们常用模拟法间接测绘静电场分布。1、模拟的理论根据模拟法在科学实验中有极广泛的应用,其本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或经过的研究,以代替不易实现、不便测量的状态或经过的研究。为了克制直接测量静电场的困难,我们能够仿造一个与静电场分布完全一样的电流场,用容易直接测量的电流场模拟静电场。静电场与稳恒电流场本是两种不同场,但是它们两者之间在一定条件下具有类似的空间分布,即两场遵守的规律在形式上类似。它们都能够引入电位U,而且电场强度E=-U/l;它们都遵守高斯定理:对静电场,电场强度在无源区域内知足下面积分关系Eds=0Edl
3、=0对于稳恒电流场,电流密度矢量J在无源区域内也知足类似的积分关系Jds=0Jdl=0由此可见,E和J在各自区域中知足同样的数学规律。若稳恒电流空间均匀充满了电导率为的不良导体,不良导体内的电场强度E与电流密度矢量J之间遵循欧姆定律J=E因此,E和E在各自的区域中也知足同样的数学规律。在一样边界条件下,由电动力学的理论能够严格证实:像这样具有一样边界条件的一样方程,其解也一样。因而,我们能够用稳恒电流场来模拟静电场。也就是讲静电场的电力线和等势线与稳恒电流场的电流密度矢量和等位线具有类似线的分布,所以测定出稳恒电流场的电位分布也就求得了与它类似的静电场的电场分布。2、模拟条件模拟方法的使用有一
4、定条件和范围,不能随意推广,否则将会得到荒唐的结论。用稳流电场模拟静电场的条件可归纳为几点: (1)稳流场中电极形状应与被模拟的静电场的带电体几何形状一样。(2)稳流场中的导电介质应是不良导体且电阻率分布均匀,并知足才能保证电流场中的电极(良导体)的外表也近似是一个等位面。(3)模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件一样。3、同轴圆柱形电缆的静电场利用稳恒电流的电场和相应的静电场其空间构成一致性,则只要保证电极形状一定,电极电位不变,空间介质均匀,在任何一个考察点,均应有U稳恒=U静电,或E稳恒电极导电质=E静电。下面图1以同轴圆柱形电缆的静电场和相应的模拟场稳恒电流场来讨论这种等效性。如
5、图10(a)所示,在真空中有一半径a的长圆柱导体A和一个内径b的长圆筒导体B,它们同轴放置,分别带等量异号电荷。由高斯定理可知,在垂直于轴线上的任何一个截面S内,有均匀分布辐射状电力线,这是一个与坐标Z无关的二维场。在二维场中电场强度E正平行于xy平面,其等位面为一簇同轴圆柱面。因而,只需研究任一垂直横截面上的电场分布即可。距轴心O半径为r处(图1(b)的各点电场强度为E20r式中为A(或B)的电荷线密度。其电位为UrUaEdrUaarr1n(1)20aUa201na若rb时,Ub=0则有代入式(1)得UrUa距中心r处场强为Er1n(b/r)(2)1n(b/a)UadUr1(3)dr1n(b
6、/a)r其中A、B间不是真空,而是充满一种均匀的不良导体,且A和B分别与电流的正负极相连,见图2同轴电缆模拟电极间构成径向电流,建立一个稳恒电流场Er。能够证实不良导体中的电场强度Er与原真空中的静电场Er是一样的。4、同轴圆柱形电级间的电流场取厚为t的圆柱形同轴不良导体片来研究,材料的电阻率为则半径r的圆周到半径为(r+dr)的圆周之间的不良导体薄块的电阻为dRdr(4)2tr半径r到b之间的圆柱片电阻为Rrbbdrb1n(5)r2tr2tr由此可知半径a到b之间圆柱片的电阻为(a)图2同轴电缆模拟电极Rabb1n(6)2ta若设U0=0,则径向电流为IUa2tUa(7)Rab1n(b/a)
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