文档介绍：实验五静电场的描绘实验目的 。 。实验仪器 GVZ 一3型导电微晶静电场描绘仪(导电微晶、双层固定支架、同步探针等), 支架采用双层式结构,上层放记录纸,下层放导电微晶。电极已直接制作在导电微晶上,并将电极引线接出到外接线柱上,电极间有电导率远小于电极且各项均匀的导电介质。接通直流电源〔10V) 就可进行实验。在导电微晶和记录纸上方各有一探针,通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上,两探针始终保持在同一铅垂线上。移动手柄座时,可保证两探针的运动轨迹是一样的。由导电微晶上方的探针找到待测点后,按一下记录纸上方的探针,在记录纸上留下一个对应的标记。移动同步探针在导电微晶上找出若干电位相同的点,由此便可描绘出等位线。实验原理在一些科学研究和生产实践中,往往需要了解带电体周围静电场的分布情况。一般来说带电体的形状比较复杂,很难用理论方法进行计算。用实验手段直接研究或测绘静电场通常也很困难。因为仪表(或其探测头)放入静电场,总要使被测场原有分布状态发生畸变;除静电式仪表之外的一般磁电式仪表是不能用于静电场的直接测量,因为静电场中不会有电流流过,对这些仪表不起作用。所以, 人们常用“模拟法”间接测绘静电场分布。一、模拟的理论依据模拟法在科学实验中有极广泛的应用,其本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程的研究,以代替不易实现、不便测量的状态或过程的研究。为了克服直接测量静电场的困难,我们可以仿造一个与静电场分布完全一样的电流场,用容易直接测量的电流场模拟静电场。静电场与稳恒电流场本是两种不同场,但是它们两者之间在一定条件下具有相似的空间分布,即两场遵守的规律在形式上相似。它们都可以引入电位 U,而且电场强度 UE ???;它们都遵守高斯定理:对静电场,电场强度在无源区域内满足以下积分关系∮E·ds=0∮E·dl=0 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=0∮J·dl=0 由此可见, E和J 在各自区域中满足同样的数学规律。若稳恒电流空间均匀充满了电导率为σ的不良导体,不良导体内的电场强度 E′与电流密度矢量 J之间遵循欧姆定律 J=σE′因而, E和E′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:象这样具有相同边界条件的相同方程,其解也相同。因此,我们可以用稳恒电流场来模拟静电场。也就是说静电场的电力线和等势线与稳恒电流场的电流密度矢量和等位线具有相似线的分布,所以测定出稳恒电流场的电位分布也就求得了与它相似的静电场的电场分布。二、模拟长同轴圆柱形电缆的静电场利用稳恒电流的电场和相应的静电场其空间形成一致性,则只要保证电极形状一定,电极电位不变,空间介质均匀,在任何一个考察点,均应有 U 稳恒=U 静电, 或E 稳恒=E 静电。下面以同轴圆柱形电缆的“静电场”和相应的模拟场—“稳恒电流场”来讨论这种等效性。 1 .同轴电缆及其静电场分布: 如图 1(a)所示,在真空中有一半径 r a的长圆柱导体 A和一个内径 r b的长圆筒导体 B,它们同轴放置,分别带等量异号电荷。由高斯定理可知,在垂直于轴线上的任何一个截面 S内,有均匀分布辐射状电力线,这是一个与坐标 Z无关的二维场。在二维场中电场强度 E正平行于