模拟法测绘静电场分布.ppt

一、长同轴柱面的电场1、静电场如图a所示，在真空中有一个半径为的高为h的长圆柱体导体A和一个内半径为的高为h的长圆筒导体B，它们的中心重合。设电极AB的电位分别为（接地）各带等量异号电荷，则在两电极之间产生静电场。AB(图a)实验原理第5页,共14页，星期六，2024年，5月如图b1所示为垂直轴线的一截面S，由于对称性，截面S内有均匀分布的辐射状电力线。设内外柱面各带等量异号电荷，作半径为r的高斯面,如图b2所示（柱面），设此面的场强E，由高斯定理得：则ABS(图b1)ABS(图b2)r第6页,共14页，星期六，2024年，5月由边界条件得：代入上式得：即整理得：第7页,共14页，星期六，2024年，5月2、模拟场通常情况下，同轴柱面的电极是用铜制成的，铜的电阻率很小是良导体，在AB间充满均匀的不良导体，其薄层厚度为t，材料的电阻率为，在两极接上电压后，不良导体中产生电流，则半径r的圆周到的圆周之间不良导体的电阻为：第8页,共14页，星期六，2024年，5月同理可得半径为的内柱面到半径为的外柱面的总电阻于是从内柱面的总电流外柱面（）至半径为r的柱面的电位第9页,共14页，星期六，2024年，5月将上式代入本式得即模拟电场的分布与静电场分布相同。由于则所以不良导体内的场强分布与原真空中的场强E完全相同。第10页,共14页，星期六，2024年，5月二、长平行导线的电场如图c所示，两根圆形长平行导线AB各带等量异号电荷，电位分别为，由于对称性，静电场中存在着许多水平的并与导线垂直的电力线，在AB间接入电动势为的电池，以均匀的不良导体填满整个有电场的空间，由于不良导体内电场分布在稳恒电流的情况下不会改变，因此，可以用该装置来模拟长平行导线在垂直轴向平面的电场分布。第11页,共14页，星期六，2024年，5月实验内容1、测量同轴柱面（电缆线）的电场分布2、测长平行导线（输电线）的电场分布实验指导一、实验操作技巧1、对称法由于长平行导线的电场具有对称性，在实验中只要测出AB两轴中间左边的一半或右边的一半，另一半根据对称性直接可画出其电力线。对长同轴柱面同样具有对称性，同样可利用对称性来画出场强分布的电力线。第12页,共14页，星期六，2024年，5月2、电力线与等势线相垂直根据检流计的电流情况，当检测截面的两点间无电流通过时，则在电场中的这两点为等势点，根据描出的等势点先描出等势线，再根据电力线与等势线相垂直的特点画出电力线。二、实验操作的注意事项1、注意根据检流计的偏转情况来判断电势的高低情况。2、一定要注意探针与导电纸的接触良好。3、对同一个等势点尽量从不同的位置多找一些电势相同的点。第13页,共14页，星期六，2024年，5月布置作业一、分析与思考1、从测绘的等势线和电场线分布情况，试分析那些地方场强较强，那些地方场强较弱？2、本实验采用的是模拟静电场，其理论依据是什么？二、创新设计试设计一个模拟两等量异种电荷的场强分布实验。第14页,共14页，星期六，2024年，5月实验目的1、学习用模拟法测绘静电场的原理和方法2、研究两种形状电极的电场分布情况第2页,共14页，星期六，2024年，5月实验仪器EQC—2型静电场测绘仪第3页,共14页，星期六，2024年，5月在一些电子器件和设备中有时需要知道其中的电场分布，一般都通过实验的方法来确