文档介绍：物理实验一静电场的模拟与描绘实验一静电场的模拟与描绘模拟法是科学研究的一种方法。它不直接研究物理现象或过程的本身,而用与这些现象或过程相似的模型来进行研究。例如用振动台模拟地震对工程结构物强度的影响;用电流场模拟水坝渗流,用光测弹性法模拟工程构件内应力分布等。以上的模拟称为物理模拟,它们在模拟过程中保持物理现象或过程的本质不变。本实验介绍另一种模拟,称为数学模拟,它是指两个不同本质的物理现象或过程可以用类似的数学方程来描述的模拟。【实验目的】。。【实验仪器】THME-2型静电场描绘实验仪(如图2所示)、导线、自来水。【实验原理】1、模拟的理论依据,E带电体在其周围空间所产生的电场,可用电场强度和电势U的空间分布来描述。为了形象的表示电场的分布情况,常采用等位面和电场线来描述电场。电场线是按空间各点电场强度的方向顺次连成的曲线,等位面是电场中电势相等的各点所构成的曲面。电场线和等位面相互正交的,有了等位面的图形就可以画出电场线,反之亦然。我们所说的测量静电场,指的是测绘出静电场中等位面和电场线的分布图形,它是了解电场中一些物理现象或控制带电粒子在电磁场中运动所必须解决的问题,对科研和生产都是十分有用的。但是直接对静电场进行测量是相当困难的。首先静电场不会有电流存在,这样一来磁电式电表就失去了效用,其次是仪器和测量探针引入静电场时,必将在静电场的作用下出现感应电荷,而感应电荷产生的电场与原电场叠加,必使原电场发生畸变,得到的结果必然严重失真。所以,直接测量是不可行的,只有采取间接的方法,仿造另一个场,使它与原静电场相似,当用探针对这种模拟场进行测量时,它不受干扰,就可间接测量被模拟的静电场。为了克服直接测量静电场的困难,可以仿造一个与待测静电场分布完全一样的电流场,用容易直接测量的电流场去模拟静电场。静电场与稳恒电流场本是两种不同的场,但是两者之间在一定条件下具有相似的空间分布,即两种场遵守,,,,UEE的规律在数学形式上相似。引入电势U,则电场强度=;电场强度矢量和电流密度都遵从高斯定理。对于静电场,电场强度在无源区域内满足以下积分关系,,,,E,dS,0E,dl,0,,SS对于稳恒电流场,电流密度矢量J在无源区域内也满足类似的积分关系,,,,J,dS,0J,dl,0,,SS,,JE由此可见,和在各自区域中所遵从的物理规律有同样的数学表达形式。若稳恒电流场空间均匀充满了,,,,'',J,,EJE电导率为的不良导体,不良导体内的电场强度与电流密度矢量之间遵循欧姆定律:。,,'EE因而,和在各自的区域中也满足同样的数学规律。在相同边界条件下,由电动力学的理论可以严格证明:具有相同边界条件的相同方程,解的形式也相同。因此,可以用稳恒电流场来模拟静电场。也就是说静电场的电场线和等势线与稳恒电流场的电流线和等势线具有相似的分布,所以测定出稳恒电流场的电势分布也就求得了与它相似的静电场的电场分布。2、模拟长同轴圆柱形电缆的静电场利用稳恒电流场与相应的静电场在空间形式上的一致性,只要保证电极形状一定,电极电势不变,空间介质均匀,则在任何一个考察点,均应有“U稳恒=U静电”或“E稳恒=E静电”。以下以同轴圆柱形电缆的静电场和相应的模拟场——稳恒电流场来讨论这种等效