模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng)分布ppt課件

1、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)10 10 用模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng)分布用模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng)分布實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?1 1、學(xué)習(xí)用模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng)的原理和方法、學(xué)習(xí)用模擬法測(cè)繪靜電場(chǎng)的原理和方法 2 2、研究?jī)煞N形狀電極的電場(chǎng)分布情況、研究?jī)煞N形狀電極的電場(chǎng)分布情況 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 儀儀 器器 EQC2 型 靜 電 場(chǎng) 測(cè) 繪 儀 在一些電子器件和設(shè)備中有時(shí)需要知道其中的電場(chǎng)分布，一般都通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定。但是在直接測(cè)量靜電場(chǎng)也遇到很大困難，主要困難在于把探針伸入靜電場(chǎng)時(shí)，探針上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷，使原電場(chǎng)產(chǎn)生顯著的畸變。故實(shí)驗(yàn)時(shí)常用模擬方法來(lái)測(cè)量。一、長(zhǎng)同軸柱面的電場(chǎng)1、靜電場(chǎng) 如圖a所示，在真空中有一個(gè)半徑為 的高為h的

2、長(zhǎng)圓柱體導(dǎo)體A和一個(gè)內(nèi)半徑為 的高為h的長(zhǎng)圓筒導(dǎo)體B，它們的中心重合。設(shè)電極AB的電位分別為 （接地） 各帶等量異號(hào)電荷，則在兩電極之間產(chǎn)生靜電場(chǎng)。1r2r01BAUUU和AB( 圖a)h2r實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 如圖b1所示為垂直軸線的一截面S，由于對(duì)稱性，截面S內(nèi)有均勻分布的輻射狀電力線。設(shè)內(nèi)外柱面各帶等量異號(hào)電荷 ，作半徑為r的高斯面,如圖b2所示柱面），設(shè)此面的場(chǎng)強(qiáng)E，由高斯定理得： 那么 qq 和02qrhE 02rhqE CrhqrdrhqEdrUrln2200ABS(圖b1)ABS(圖b2) r 由邊界條件得： 代入上式得： 即整理得：11UUrrr 時(shí)022UUrrr時(shí)20ln2r

3、hqC1210lnln2rrUhq1221lnlnrrrrUUr2、模擬場(chǎng) 通常情況下，同軸柱面的電極是用銅制成的，銅的電阻率很小是良導(dǎo)體，在AB間充滿均勻的不良導(dǎo)體，其薄層厚度為t，材料的電阻率為 ，在兩極接上電壓后，不良導(dǎo)體中產(chǎn)生電流，則半徑r的圓周到 的圓周之間不良導(dǎo)體的電阻為： )(drr rtdrSdrdR2rrtrtdrdRRrrrr2ln2222 同理可得半徑為 的內(nèi)柱面到半徑為 的外柱面的總電阻 于是從內(nèi)柱面的總電流 外柱面（ ）至半徑為r的柱面的電位 1r2r11212112ln2UrrtRUI0,22Urr2212112rrrrrRRURIU、1212ln2rrtR 將上式

4、代入本式得 即模擬電場(chǎng)的分布與靜電場(chǎng)分布相同。由于 那么 所以不良導(dǎo)體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布與原真空中的場(chǎng)強(qiáng)E完全相同。1221rlnlnUrrrrUrrUU0EdtdUdtdUErr二、長(zhǎng)平行導(dǎo)線的電場(chǎng) 如圖c所示，兩根圓形 長(zhǎng)平行導(dǎo)線AB各帶等量異號(hào) 電荷，電位分別為 ， 由于對(duì)稱性，靜電場(chǎng)中存在 著許多水平的并與導(dǎo)線垂直 的電力線，在AB間接入電動(dòng)勢(shì)為 的電池，以均勻的不良導(dǎo)體填滿整個(gè)有電場(chǎng)的空間，由于不良導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)分布在穩(wěn)恒電流的情況下不會(huì)改變，因而，可以用該裝置來(lái)模擬長(zhǎng)平行導(dǎo)線在垂直軸向平面的電場(chǎng)分布。11UU和(圖c)BA+U1-U112U實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)量同軸柱面電纜線的電場(chǎng)分布2、測(cè)長(zhǎng)平行

5、導(dǎo)線輸電線的電場(chǎng)分布實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、實(shí)驗(yàn)操作技巧 1、對(duì)稱法 由于長(zhǎng)平行導(dǎo)線的電場(chǎng)具有對(duì)稱性，在實(shí)驗(yàn)中只要測(cè)出AB兩軸中間左邊的一半或右邊的一半，另一半根據(jù)對(duì)稱性直接可畫出其電力線。對(duì)長(zhǎng)同軸柱面同樣具有對(duì)稱性，同樣可利用對(duì)稱性來(lái)畫出場(chǎng)強(qiáng)分布的電力線。 2、電力線與等勢(shì)線相垂直 根據(jù)檢流計(jì)的電流情況，當(dāng)檢測(cè)截面的兩點(diǎn)間無(wú)電流通過(guò)時(shí)，則在電場(chǎng)中的這兩點(diǎn)為等勢(shì)點(diǎn)，根據(jù)描出的等勢(shì)點(diǎn)先描出等勢(shì)線，再根據(jù)電力線與等勢(shì)線相垂直的特點(diǎn)畫出電力線。二、實(shí)驗(yàn)操作的注意事項(xiàng)1、注意根據(jù)檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)情況來(lái)判斷電勢(shì)的高低情況。2、一定要注意探針與導(dǎo)電紙的接觸良好。3、對(duì)同一個(gè)等勢(shì)點(diǎn)盡量從不同的位置多找一些電勢(shì)相同的點(diǎn)。布置作業(yè)布置作業(yè)一、分析與思考一、分析與思考1 1、從測(cè)繪的等勢(shì)線和電場(chǎng)線分布情況，試分析那、從測(cè)繪的等勢(shì)線和電場(chǎng)線分布情況，試分析那 些地方場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng)，那些地方場(chǎng)強(qiáng)較弱？些地方場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng)，那些地方場(chǎng)強(qiáng)較弱？2 2、本實(shí)驗(yàn)采用的是模擬靜電場(chǎng)，其理論