静电场的模拟与描绘实验报告.doc

蒇四川理工学院实验报告莆实验时间:2009年10月18日蚁实验名称:静电场的模拟测绘成绩:蕿学号:019芇实验目的:班级:应物08级2班膃姓名:刘春肄学习用稳压电流场模拟静电场的方法;罿测绘无限长同轴电缆中电场和示波管电子枪焦距电场的等位线;羈加深对电场强度和电位概念的理解。膅实验仪器:膂双层式电场描绘仪、直流稳压电源、电压表、开关、导线、记录纸。蒈实验原理:螈静电场是由电荷分布决定的,确定静电场的分布,对于研究带电粒子与带电体之间的相互作用是非常重要的。理论上讲,如果知道了电荷的分布,就可以确定静电场的分布。在给定条件下,确定系统静电场分布的方法,一般有解析法﹑数值计算法和实验法。在科学研究和生产实践中,随着静电应用、静电防护和静电现象等研究的深入,常常需要了解一些形状比较复杂的带电体或电极周围静电场的分布,这时,理论方法(解析法和数值计算法)是十分困难的。然而,对于静电场来说,要直接进行探测也是比较困难的。其一是,静电场中无电流,一般的磁电式仪表不起作用,只能用静电式仪表进行测量,而静电式仪表不仅结构复杂,而且灵敏度也较低;其二是,仪表本身是由导体或电介质制成的,静电探测的电极一般很大,一旦放入静电场中,将会引起原静电场的显著改变。芆由于在一定条件下电介质中的稳恒电流场与静电场服从相同的数学规律,因此可用稳恒电流场来模拟静电场进行测量。这种实验方法称为模拟法。对电子管、示波管、电子显微镜等许多复杂电极的静电场分布都可用这种方法进行研究,这是电子光学中最重要的一种研究手段。本实验通过测绘简单电极间的电场分布学习模拟法的运用。芁模拟法本质上是用一种易于实现﹑便于测量的物理状态或过程来模拟另一种不易实现、不便测量的物理状态或过程。其条件是两种状态或过程有两组一一对应的物理量,并且满足相同形式的数学规律。理论分析知,除静电场外,传热学中的热流向量场和理想流体的速度场都可用电流场来模拟。此外,模拟法还常常用于大量缩小和小量放大等情况。因此,模拟法是一种重要的实验研究方法。肁模拟法测绘静电场的方法是:依照前述的模拟法的思想,利用稳恒电流场与静电场相似的特性,仿照一个与原静电场相似的稳恒电流场,当用探针去测量模拟场时,它不受干扰,从而间接地测绘出被模拟的电场。蒈为了分析实验探测的结果,我们以无限长同轴柱状导体间的电场为例。如图一所示设真空静电场中圆柱导体A的半径为r1,电势为U0;柱面导体B的内径为r2,且B接地。导体单位长度带电±。肄根据高斯定理,在导体A、B之间与中心轴距离为r的任意一点P的电场强度大小为蚃薁电势为艿肅导体A的电势可表示为螁羀图一=蚅于是有膆(1)膄将A、B间充以电阻率为ρ、厚度为b的均匀导电质,不改变其几何条件及A、B的电位,则在A、B之间将形成稳恒电流场。设场中距中心点的距离为r处的电势为,在r处宽度为的导电质环的电阻为荿蒅从r到r2的导电质的电阻为羄节电极A、B间导电质的总电阻为衿膆由于A、B间为稳恒电流场,则羅莀即芈(2)羆比较(1)(2)两式可以知道,在同轴圆面之间建立一个静电场或稳恒电流场,如果柱面间静电电位差与直流电位差相同,则在两种场中对应点有相同的电位,这就是用电流场来模拟静电场的根据。肆数据表格:螃测绘无限长同轴电缆中静电场电场分布:蚈蚇1袄2袁4莁6蒇7羅/.