用電流場描繪靜電場實驗報告

用電流場模擬靜電場【實驗?zāi)康摹俊緦嶒瀮x器】GVZ-3型導(dǎo)電微晶靜電場描繪儀【實驗原理】模擬法本質(zhì)上使用一種易于實現(xiàn)、便于測量的物理狀態(tài)或過程模擬不易實現(xiàn)、不便測量的狀態(tài)和過程，要求這兩種狀態(tài)或過程有一一對應(yīng)的兩組物理量，且滿足相似的數(shù)學(xué)形式及邊界條件。在模擬的條件上，要保證電極形狀一定，電極電位不變，空間介質(zhì)均勻，穩(wěn)恒靜電r的長圓柱體A和一內(nèi)半徑為r的λ0式中ε為柱面各單位長度的電荷量，其電位為00brrar=arr0a代入式（2-14-2）,得rrrrrradUUErrrra radr2.同軸圓柱面電極間的電流分布流正負(fù)極相連接（見圖2-14-2A、B間將形成徑向電流，建立穩(wěn)恒電流場E'，可以證τ明不良導(dǎo)體中的電場強(qiáng)度設(shè)Ub設(shè)UbE'與原真空中的靜電場E是相等的。取厚度t的圓軸形同軸不良導(dǎo)體片為研究對象，設(shè)材料電阻率為p(p=1-)，則任意半σ的圓周間的電阻是則半徑為r到rb之間的圓柱片的電阻為rdr=r r r總電阻為(半徑r到r總電阻為(半徑raba-aaUUarrI=arrRrra距軸線r處的電位為rrrrrrrrarrrarra則E'dU'U則E'=一r=a.-rrrarrrr觀小，微觀大，其內(nèi)仍包含大量原子）內(nèi)正負(fù)電荷數(shù)量相等，沒有凈電荷，呈電中性。當(dāng)有電流通過時，單位時間內(nèi)流入和流出該體積元內(nèi)的正或負(fù)電荷。這就是說，真空中的靜電場和有穩(wěn)衡電流通過時導(dǎo)電質(zhì)中的場都是由電極上的電荷產(chǎn)生的。事實上，真空中電極在動態(tài)平衡下保持電荷的數(shù)量不變。所以這兩種情況下電場分布是相同的。流場模擬靜電場的條件可以歸納為下例三點：(1)穩(wěn)恒電流場中的電極形狀應(yīng)與被模擬的靜電場中的帶電體幾何形狀相同；(2)穩(wěn)恒電流場中的導(dǎo)電介質(zhì)是不良導(dǎo)體且電導(dǎo)率分布均勻，并滿足σ電源>>σ導(dǎo)電質(zhì)才能保證電流場中的電極（良導(dǎo)體）的表面也近似是一個等位面。(3)模擬所用電極系統(tǒng)與模擬電極系統(tǒng)的邊界條件相同。將抽象的電場形象反映出來。所示，支架采用雙層式結(jié)構(gòu)，上層放記錄紙，下層放導(dǎo)電微晶。電極已直接制作在導(dǎo)電微晶上，并將電極引線接出到外接線柱上，電極間制作有導(dǎo)電率遠(yuǎn)小于電極且各項均勻的導(dǎo)時，可保證兩探針的運(yùn)動軌跡是一樣的。由導(dǎo)電微晶上方的探針找到待測點后，按一下記錄紙上方的探針，在記錄紙上留下一個對應(yīng)的標(biāo)記。移動同步探針在導(dǎo)電微晶上找出若干電位相同的點，由此即可描繪出等位線。【實驗內(nèi)容】1．描繪同軸電纜的靜電場分布利用圖2-14-2b所示的模擬模型，將導(dǎo)電微晶內(nèi)外兩電極分別與直流穩(wěn)壓電源的正負(fù)極相連接，電壓表正負(fù)極分別與同步探針及電源負(fù)極相連接，移動同步探針測繪同軸電纜的等位線簇。要求相鄰兩等位線間的電位差為1伏，以每條等位線上各點到原點的平均距離r為場強(qiáng)度方向，得到一張完整的電場分布圖。在坐標(biāo)紙上作出相對電位U/U和lnr的關(guān)系曲線，并與理論結(jié)果比較，再根據(jù)曲線的性質(zhì)說明等位線是以內(nèi)電極【注意事項】效應(yīng)”的影響．如果減小這種影響，則要使用”無限大”的導(dǎo)電微晶進(jìn)行實驗，或者人為