静电场描绘

静电场描绘

一、实验目的

1．学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场。

2．学会模拟法测量和研究二维静电场。

二、实验原理：

1．模拟长同轴圆柱形电缆的静电场

本实验采用均匀导电介质中的稳恒电流场模拟真空中的静电场，因为它们有相同的物理规律。有如下的类似性；

如果在导电介质中设置形状和位置与静电场中带电导体相同或相似的电极，当给电极加上规定的电压后，导电介质中就形成一个稳定的电流场。导电介质中电流密度矢量J 的分布与静电场电场强度矢量E 的分布相似。于是，我们可以用稳恒电流场中的电位分布来模拟静电场的电位分布。

本次实验必做同轴电缆静电场分布。电流场中等势线理论半径为：a r U U a b b r r r r -=)(

（实验中a r =0.50cm, b r =7.50cm, a U =10.00v ）

2．模拟飞机机翼周围的速度场（选做） 稳恒电流场和飞机机翼周围的速度场具有相同的数学模拟，所以我们可以用稳恒电流来模拟机翼周围的速度场。

3．模拟条件

用稳恒电流场模拟静电场需满足下列三点：

(1)稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中的带电体几何形状相同；

(2)稳恒电流场中的导电介质是不良导体且电导率分布均匀，并满足σ电极>> σ导电质；(3) 模拟所用电极系统与被模拟电极系统的边界条件相同。

三、实验仪器

GVZ－3型导电微晶静电场描绘仪：导电微晶、双层固定支架、同步探针、描绘仪电源。

四、实验步骤（同轴电缆静电场分布）：1）将导电微晶上内外两电极分别与直流稳压电源的正负极相连接，电压表正负极

分别与同步探针及电源负极相连接（如

下图所示）。

2）在支架橡胶垫上铺平并用磁条压住固定好打印纸。

3）设置参数：将探针放在导电微晶中央金属触点上，然后依次将仪器的校正电压

和测量电压都设置为10伏。

4）移动同步探针测绘同轴电缆的等位线，要求每个1V测绘一条等位线（电位密集

处可每隔2～3V测绘一条等位线），最终

在坐标纸上至少测绘出6~7条等位线。

要求标注每条等位线的电位值。

五、数据处理：

(1).用圆规及直尺找出实验点的共同圆心；

(2).以圆心量出测量点的半径、计算r实（代出数据）；

(3).计算理r（代出数据）；

(4).以r实为半径，用圆规画出各等位线。根据电场线与等位线的关系，画出电场线。

(5).把对应的r实与理r比较，计算百分误差。

六、注意事项：

1.连接勿短路。

2.同步探针要时刻保持上下探针共线。

3.实验过程中注意不要使打印纸位置发

生移动。