模拟法测绘静电场分布

模拟法测绘静电场分布第1页，共14页，2023年，2月20日，星期五实验目的

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，2023年，2月20日，星期五

实验仪器

EQC—2型静电场测绘仪第3页，共14页，2023年，2月20日，星期五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定。但是在直接测量静电场也遇到很大困难，主要困难在于把探针伸入静电场时，探针上会产生感应电荷，使原电场产生显著的畸变。故实验时常用模拟方法来测量。第4页，共14页，2023年，2月20日，星期五一、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，2023年，2月20日，星期五

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，2023年，2月20日，星期五由边界条件得：代入上式得：即整理得：第7页，共14页，2023年，2月20日，星期五2、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：

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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，2023年，2月20日，星期五

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，2023年，2月20日，星期五二、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，2023年，2月20日，星期五实验内容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，2023年，2月20日，星期五2、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，2023年，2月20日，星期五布置作业一、分析与思考1、从测绘的等势线和电场线分布情况，试分析