同轴电缆的稳恒电流场.PPTVIP

物 理 实 验 教 学 示 范 中 心 实验十五 用电流场模拟静电场 一、实验目的 四、实验内容 二、实验仪器及设备 五、实验记录 六、实验结果分析 三、实验原理 静电场是由电荷分布决定的。给出一定区域内电荷及电介质 分布和边界条件求解静电场分布，大多数情况求不出解析值， 因此要靠数值解法求出或用实验方法测出电场分布。由于静 电场中无电流通过，所以直接测量静电场的电位分布是很困 难的。如果用恒定电流场模拟静电场（二者分布相同），即 根据测量结果来描绘出与静电场对应的恒定电流场的分布， 从而确定静电场的电位分布，则是一种很方便的实验方法。 【实验目的】 1．加深对电场强度和电势概念的理解。 2．学习用模拟法测绘静电场的等势线和电力线。 3．学习用图示法表达实验结果。 【实验仪器】 1．静电场实验仪一套 2．模拟电极 3．交流毫伏表（或数字毫伏表) 4．坐标纸 【实验原理】 静电场是静止电荷周围的一种特殊物质。在对静电场以及电 子在静电场中运动规律的研究中，常常需要了解带电体周围 空间的电场分布情况。由于静电场中不存在电荷的运动，有 电流才有指示的测量仪表就无法进行直接测量。另外，若仪 器和测量探头进入静电场，必将引起电场分布的改变。所以 要直接对静电场进行测量是十分困难的，所以用“模拟法”进 行间接的测量。 在电磁理论中，稳恒电流的电场和相应的静电场的空间形式是 一致的。只要电极形状相同，电极电位相等，空间介质均匀， 在相应考察点，两者电位相等，或两者电场强度相等。这里 我们以同轴电缆为例，对稳恒电流场和静电场的这种“等效性” 进行解释。 1．同轴电缆的静电场 2．同轴电缆的稳恒电流场 实际模拟时，应根据静电场的对称性，选择合适的剖面进行模 拟。例如，无限长同轴电缆和无限长平行直导线的静电场，可 根据电力线的空间分布轴对对称性，选取横向剖面进行模拟。 图1（b）是同轴电缆静电场的横向剖面，图3（b）是无限长平 行直导线静电场的横向剖面。 如果静电场的分布是中心点对称的，如同心球壳的静电场， 相应的模拟电极也应是同心球壳。有兴趣的同学请参阅： 华中工学院、天津大学、上海交通大学三校合编的 《物理实验》，高等教育出版社1984年2月版。 在实验测绘中，考虑到电场强度E是矢量，电位U是标量，测 定电位就比测定场强容易实现。可先测绘出等位线，再根据 等位线与电力线处处垂直的关系，即可画出电力线。而电力 线上任一点的切线方向就是该点电场强度的方向，电力线的 疏密程度则代表了电场的强弱。这样，通过稳恒电流场的等 位线和电力线就能形象地表示静电场的分布情况。