模拟法测绘静电场实验示范报告.doc

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模拟法测绘静电场实验示范报告
【实验目的】
1．理解模拟实验法的适用条件。
2．对于给定的电极，能用模拟法求出其电场分布。
3．加深对电场强度和电势概念的理解
【实验仪器】
型双层静电场测试仪、
型1
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模拟法测绘静电场实验示范报告
【实验目的】
1．理解模拟实验法的适用条件。
2．对于给定的电极，能用模拟法求出其电场分布。
3．加深对电场强度和电势概念的理解
【实验仪器】
型双层静电场测试仪、
型静电场描绘电源、模拟装置（同轴电缆和电子枪聚焦电极）。
【实验原理】
1、静电场的描述
电场强度E是一个矢量。因此，在电场的计算或测试中往往是先研究电位的分布情况，因为电位是标量。我们可以先测得等位面，再根据电力线与等位面处处正交的特点，作出电力线，整个电场的分布就可以用几何图形清楚地表示出来了。有了电位U值的分布，由
EU
便可求出E的大小和方向，整个电场就算确定了。
2、模拟法实验上想利用磁电式电压表直接测定静电场的电位，是不可能的，因为任何磁电式电表都需要有电流通过才能偏转，而静电场是无电流的。再则任何磁电式电表的内阻都远小于空气或真空的电阻，若在静电场中引入电表，势必使电场发生严重畸变；同时，电表或其它探测器置于电场中，要引起静电感应，使原场源电荷的分布发生变化。人们在实践中发现，有些测量在实际情况下难于进行时，可以通过一定的方法，模拟实际情况而进行测量，这种方法称为“模拟法”。
由于静电场和稳恒电流场服从的规律的数学形式相同,如又满足相同的边界条件,则电场、电位分布完全相类似，所以可用电流场模拟静电场。这种模拟属于数学模拟。
静电场（无电荷区）
DE
€€
・S0
0
UbEdl
ab
a
稳恒电流场（无电流区）
jE
€€
・s0
E0
UbE€dl
ab
a
3、讨论同轴圆柱面的电场、电势分布
（1）静电场
根据理论计算，、两电极间半径为处的电场强度大小为
两电极间任一半径为的柱面的电势为
lbln
vvar
Ab
In
3
（2）稳恒电流场
在电极A、B间用均匀的不良导体（如导电纸、稀硫酸铜溶液或自来水等）连接或填充时，接上电源（设输出电压为VA）后，不良导体中就产生了从电极A均匀辐射状地流向电极B的电流。电流密度为
式中E'为不良导体内的电场强度，p为不良导体的电阻率。
半径为的圆柱面的电势为
lnb
ln
v・var
Ab
ln
a
图1、同轴圆柱面的电场分布
图2、不良导体圆柱面电势分布
结论：稳恒电流场与静电场的电势分布是相同的。由于稳恒电流场和静电场具有这种等效性因此要测绘静电场的分布，只要测绘相应的稳恒电流场的分布就行了。
［实验内容与步骤］
1、测量无限长同轴圆柱间的电势分布。
（1）在测试仪上层板上放定一张坐标记录纸，下层板上放置水槽式无限长同轴圆柱面电场模拟电极。加自来水填充在电极间。
（2）接好电路。调节探针，使下探针浸入自来水中，触及水槽底部，上探针与坐标纸
有的距离。
（）接通电源，扳向“电压输出”位置。调节交流输出电压，使两电极间的电
压大约为左右，确定后保持不变。
（）移动探针，在电极附近找出电势为的点，用上探针在坐标纸