电磁场实验
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(1) 两点电荷的电场分布 使用DZ-2型静电场描绘仪的两点电荷水槽电极，注水，
按实验电路图连线，探针放在电极上，调节电源电压，使 两点电荷电极之间的电压达到12V，然后分别测出其等位点。 (2) 聚焦电极的电场分布
更换聚焦电场的水槽电极进行实验，两聚焦电极间的 电压也可取12V，然后测出其等位点，可了解静电透镜的聚 焦作用，加深对阴级射线示波管的理解。
4
二、 问题描述与分析
（2）本问题求解区域为两导体表面以外，无 限远以内空间区域。
（3）两导体中间对称面为等位面，电位为0V。 （4）只须分析四分之一区域电场分布。
5
二、问题描述与分析
3. 数学模型建立
2 r 0，r
1
100V
0
n 2
3
0V
0
n 4
6
图2 静电场分析几何模型
1 实验目的
(1)掌握静电场中等电位线的测绘方法； (2)掌握基于等电位线的电场线测绘方法。
2 实验原理及内容
模拟法,即仿造一个电场 ( 模拟场 ) 与原电场完全一样。 用探针去测模拟场，可间接地测出被模拟的电场中各点的电 位，连接各等电位点作出等电位线。根据电力线与等位面 （线）的垂直关系，描绘出电力线。
1 .本实验中有一200匝空心通电线圈， 与其同轴放置着另一开路单匝线圈。
2 .本问题涉及的电磁场属于准静态磁场。 3 .本问题中的电磁场属于近场。
3
二、 实验问题描述与分析
4 .磁场的计算公式可以应用恒定磁场 的计算方法计算。
5 .对于N 匝密绕的圆形载流导体来说,
沿轴线上的磁感应强度为 B 0a2nI 3 ey
3 .使用万用表和电流表时，注意量程选择 ，防止毁坏仪表。
11
请观看实验演示
12
二维静电场数值仿真
一、 静电场边值问题
静电场基本方程
E 0
•D
DE
- 0
E
• E
1
静电场边值问Βιβλιοθήκη Baidu 泊松方程
2
0
n
0
1
0
n
2
0
二、 问题描述与分析
1. 问题描述
自由空间（介电常数为ε 0 ）中存在两个
2 a2 y2 2
4
三、实验目的
1 .通过测量通电线圈周围产生的磁场 及单匝线圈的感应电动势，加深对 时变电磁场的理解。
2 .进一步理解磁场强度与观察点距电 流源之间距离的关系。
7
三、实验目的
3 .掌握高斯计、万用表和电流表 的使用方法。
4 .了解电压、电流和磁场的一般 测量方法。
8
四、实验内容
1
(1)静电比拟
静电场与恒定电流场对照表
本实验采用恒定电流场来模拟静电场
2
可见，均匀导电介质中的恒定电流场与均匀介质 内的静电场所遵从的物理规律具有相同的数学形式， 在相同的边界条件下，二者的解也具有相同的数学 形式，所以这二种场具有相似性，因此我们可以用 恒定电流场来模拟静电场，它们应具有相同的电场 图，即两者的电势分布一致，静电场的D线与电流场 的J线分布一致，这样就可以对容易测量的场进行研 究，而代替不易测量的场的研究。
1 .测量变压器一次侧和二次侧开路电 压，确定变压器变比。
2 .测量主线圈回路直流电阻、变压器 二次侧负载电压和主线圈回路电流。
5
四、实验内容
3 .测量单匝线圈感应电动势。 4 .测量线圈周围磁场的沿线分布，
并与解析解进行比对。
6
五、实验步骤
1 .接通电源，将变压器低压侧调节到11V。 2 .使用万用表测量主线圈和单匝线圈回路
沿z方向平行放置无限长导体，分别为导
体1和导体2，半径均为a，相距为d，如图
1所示，已知两导体的电位分别为100V和 -100V，求解空间电场分布。
2
二、 问题描述与分析
图1 自由空间两导体横截面示意图
3
二、 问题描述与分析
2. 问题分析 （1）本问题仅需要分析xoy平面上 二维平行平面电场的分布。
直流电阻。 3 .连通主线圈回路，测量变压器二次侧负
载电压和主线圈回路电流。
9
五、实验步骤
4 .使用毫伏表测量单匝线圈感应电 动势。
5 .选定两条测量线，利用高斯计测 量线圈周围磁场的沿线分布，并 与解析解进行比对。
10
六、实验注意事项
1 .实验过程中注意人员安全，请勿带电 时触摸变压器抽头。
2 .通过测量回路直流电阻，区分主线圈和 单匝线圈，避免接线时将变压器短路。
载流线圈交流磁场测量
一、时变电磁场
麦克斯韦方程组
准静态磁场
E - B t
H J D t
•D
E - B
忽略位移电流的作用
t
D J H J
t
•D
•B 0
传导电流
位移电流
•B 0
1
二、 实验问题描述与分析
ey
多匝 线圈
ex
三相调 压器
铁芯变 压器
单匝 线圈
图1 实验原理图
2
二、 实验问题描述与分析
三、 实验目的
建模方法
求解
工程电 磁问题
电磁场边值问 题数学模型
解决 问题
7
三、 实验目的
（1）学会边值问题的建模方法。 （2）在仿真过程中学会使用ANSYS软件。 （3）学会用仿真软件检验对电磁场分布
的猜测。
实验过程请参见实验指导书、辅助材 料或观看实验演示
8
请观看实验演示
9
静电场等电位线模拟法测绘
1 实验目的
5
(3)聚焦电极的电场
示波管的聚焦电场是由聚焦电极A1和加速电极A2组成，A2 的电位比A1的电位高。电子经过此电场时，由于受到电场力 的作用，使电子聚焦和加速 ，等位线和电力线如下图所示：
6
3 实验电路图
实验电路图
7
4 实验设备
点电荷水槽电极和聚焦电场水槽电极
静电场描绘电源
8
静电场描绘仪
5 实验步骤
3
(2)两点电荷的电场分析
一个点电荷的电位为： 对于上图所示的两个等量异号的点电荷，根据叠加原理，这
两个电荷产生的电位分布为：
4
将r1 r2代入公式得：
这一表达式也清楚地表明了z=0 的平面是一个零等位面。
另外一种作等位面的方法是为编 写一个程序，计算一个特定坐标位置 的电位值。
下图的等位线就是在x=0 的条件 下画出的。电场强度线（电力线）可 用右图中带箭头的曲线表示。
9
6 实验注意事项
(1)等位线所取电压均匀分布。 (2)画出电极轮廓，先打点，再描绘。 (3)两个实验进行前要调整电极之间电压。 (4)聚焦电极的等电位线画完整。 (5)水槽由有机玻璃制成，使用时注意不要摔裂。 (6)电极与铜导线保持良好接触，实验完后，将水槽中的自 来水倒净空干。
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载流螺线管恒定磁场的测量
按实验电路图连线，探针放在电极上，调节电源电压，使 两点电荷电极之间的电压达到12V，然后分别测出其等位点。 (2) 聚焦电极的电场分布
更换聚焦电场的水槽电极进行实验，两聚焦电极间的 电压也可取12V，然后测出其等位点，可了解静电透镜的聚 焦作用，加深对阴级射线示波管的理解。
4
二、 问题描述与分析
（2）本问题求解区域为两导体表面以外，无 限远以内空间区域。
（3）两导体中间对称面为等位面，电位为0V。 （4）只须分析四分之一区域电场分布。
5
二、问题描述与分析
3. 数学模型建立
2 r 0，r
1
100V
0
n 2
3
0V
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n 4
6
图2 静电场分析几何模型
1 实验目的
(1)掌握静电场中等电位线的测绘方法； (2)掌握基于等电位线的电场线测绘方法。
2 实验原理及内容
模拟法,即仿造一个电场 ( 模拟场 ) 与原电场完全一样。 用探针去测模拟场，可间接地测出被模拟的电场中各点的电 位，连接各等电位点作出等电位线。根据电力线与等位面 （线）的垂直关系，描绘出电力线。
1 .本实验中有一200匝空心通电线圈， 与其同轴放置着另一开路单匝线圈。
2 .本问题涉及的电磁场属于准静态磁场。 3 .本问题中的电磁场属于近场。
3
二、 实验问题描述与分析
4 .磁场的计算公式可以应用恒定磁场 的计算方法计算。
5 .对于N 匝密绕的圆形载流导体来说,
沿轴线上的磁感应强度为 B 0a2nI 3 ey
3 .使用万用表和电流表时，注意量程选择 ，防止毁坏仪表。
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请观看实验演示
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二维静电场数值仿真
一、 静电场边值问题
静电场基本方程
E 0
•D
DE
- 0
E
• E
1
静电场边值问Βιβλιοθήκη Baidu 泊松方程
2
0
n
0
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0
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二、 问题描述与分析
1. 问题描述
自由空间（介电常数为ε 0 ）中存在两个
2 a2 y2 2
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三、实验目的
1 .通过测量通电线圈周围产生的磁场 及单匝线圈的感应电动势，加深对 时变电磁场的理解。
2 .进一步理解磁场强度与观察点距电 流源之间距离的关系。
7
三、实验目的
3 .掌握高斯计、万用表和电流表 的使用方法。
4 .了解电压、电流和磁场的一般 测量方法。
8
四、实验内容
1
(1)静电比拟
静电场与恒定电流场对照表
本实验采用恒定电流场来模拟静电场
2
可见，均匀导电介质中的恒定电流场与均匀介质 内的静电场所遵从的物理规律具有相同的数学形式， 在相同的边界条件下，二者的解也具有相同的数学 形式，所以这二种场具有相似性，因此我们可以用 恒定电流场来模拟静电场，它们应具有相同的电场 图，即两者的电势分布一致，静电场的D线与电流场 的J线分布一致，这样就可以对容易测量的场进行研 究，而代替不易测量的场的研究。
1 .测量变压器一次侧和二次侧开路电 压，确定变压器变比。
2 .测量主线圈回路直流电阻、变压器 二次侧负载电压和主线圈回路电流。
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四、实验内容
3 .测量单匝线圈感应电动势。 4 .测量线圈周围磁场的沿线分布，
并与解析解进行比对。
6
五、实验步骤
1 .接通电源，将变压器低压侧调节到11V。 2 .使用万用表测量主线圈和单匝线圈回路
沿z方向平行放置无限长导体，分别为导
体1和导体2，半径均为a，相距为d，如图
1所示，已知两导体的电位分别为100V和 -100V，求解空间电场分布。
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二、 问题描述与分析
图1 自由空间两导体横截面示意图
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二、 问题描述与分析
2. 问题分析 （1）本问题仅需要分析xoy平面上 二维平行平面电场的分布。
直流电阻。 3 .连通主线圈回路，测量变压器二次侧负
载电压和主线圈回路电流。
9
五、实验步骤
4 .使用毫伏表测量单匝线圈感应电 动势。
5 .选定两条测量线，利用高斯计测 量线圈周围磁场的沿线分布，并 与解析解进行比对。
10
六、实验注意事项
1 .实验过程中注意人员安全，请勿带电 时触摸变压器抽头。
2 .通过测量回路直流电阻，区分主线圈和 单匝线圈，避免接线时将变压器短路。
载流线圈交流磁场测量
一、时变电磁场
麦克斯韦方程组
准静态磁场
E - B t
H J D t
•D
E - B
忽略位移电流的作用
t
D J H J
t
•D
•B 0
传导电流
位移电流
•B 0
1
二、 实验问题描述与分析
ey
多匝 线圈
ex
三相调 压器
铁芯变 压器
单匝 线圈
图1 实验原理图
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二、 实验问题描述与分析
三、 实验目的
建模方法
求解
工程电 磁问题
电磁场边值问 题数学模型
解决 问题
7
三、 实验目的
（1）学会边值问题的建模方法。 （2）在仿真过程中学会使用ANSYS软件。 （3）学会用仿真软件检验对电磁场分布
的猜测。
实验过程请参见实验指导书、辅助材 料或观看实验演示
8
请观看实验演示
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静电场等电位线模拟法测绘
1 实验目的
5
(3)聚焦电极的电场
示波管的聚焦电场是由聚焦电极A1和加速电极A2组成，A2 的电位比A1的电位高。电子经过此电场时，由于受到电场力 的作用，使电子聚焦和加速 ，等位线和电力线如下图所示：
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3 实验电路图
实验电路图
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4 实验设备
点电荷水槽电极和聚焦电场水槽电极
静电场描绘电源
8
静电场描绘仪
5 实验步骤
3
(2)两点电荷的电场分析
一个点电荷的电位为： 对于上图所示的两个等量异号的点电荷，根据叠加原理，这
两个电荷产生的电位分布为：
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将r1 r2代入公式得：
这一表达式也清楚地表明了z=0 的平面是一个零等位面。
另外一种作等位面的方法是为编 写一个程序，计算一个特定坐标位置 的电位值。
下图的等位线就是在x=0 的条件 下画出的。电场强度线（电力线）可 用右图中带箭头的曲线表示。
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6 实验注意事项
(1)等位线所取电压均匀分布。 (2)画出电极轮廓，先打点，再描绘。 (3)两个实验进行前要调整电极之间电压。 (4)聚焦电极的等电位线画完整。 (5)水槽由有机玻璃制成，使用时注意不要摔裂。 (6)电极与铜导线保持良好接触，实验完后，将水槽中的自 来水倒净空干。
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载流螺线管恒定磁场的测量