THME-3型静电场的描绘 实验指导书.pdf

THME-3 型静电场描绘实验仪 1 目录前言…………………………………………………………………………………………………… 2 稳恒电流场模拟静电场描绘实验…………………………………………………………………… 4 THME-3 型静电场描绘实验仪使用说明书……………………………………………………… 19 THME-3 型静电场描绘实验仪 2 前言在工程技术中,经常会碰到一些不易被测试或测试条件不足的物理量,这时,往往采用模拟法来进行测量。如对飞行器的性能进行测试,利用运动的相对性原理,把飞行器固定在风洞内进行鼓风,根据模拟飞行器的飞行来测试其有关性能。又如水库大坝、闸门设计后,施工前在实验室内,按一定比例对模型有关参数进行模拟测试。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。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,模拟不易实现、不便测量的状态或过程,只要这两种状态或过程有一一对应的两组物理量,并且它们所满足的数学形式基本相同。静电场传递一些带电体对另一些带电体的作用,它是物质存在的一种形式。一般说来,静电测量要比直流电测量复杂。尽管稳恒电流场与静电场是本质上不同的物理现象,但是在一定条件下导电介质中稳恒电流场与静电场的描述具有类似的数学方程,因而可以用稳恒电流场来模拟静电场。 THME-3 型静电场描绘实验仪 3 在科学实验中我们常需要了解各种电极或带电体周围的静电场。但在多数情况下很难求出电场分布的解析解,大都采用实验的方法来确定静电场的分布。本实验仪就是采用模拟法来描绘静电场,即用稳恒电流场模拟描绘静电场。 仿制所要研究的电极,用模拟实验方法研究静电场分布,在电子管、示波管、显像管和电子显微镜等电子束器件的设计和研究中,具有实用意义。 THME-3 型静电场描绘实验仪 4 稳恒电流场模拟静电场描绘实验一、实验目的 。,在方格纸上描绘静电场分布的方法。 ,根据等位线画出电力线。 、稳恒电流场的了解。二、实验仪器 1. THME-3 型静电场描绘实验仪。 2. THME-3 型有机玻璃描绘装置。三、实验原理 ,可用电场强度 E和电位 U 的空间分布来描述。为了形象的表示电场的分布情况,常采用等位面和电力线来描述电场。电力线是按空间各点电场强度的方向顺次连成的曲线,等位面是电场中电位相等的各点所构成的曲面。电力线和等位面相互正交,有了等位面的图形就可以画出电力线,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力线的分布图形,它是了解电场中一些物理现象或控制带电粒子在电磁 THME-3 型静电场描绘实验仪 5 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。但是除了极少数几种几何形状对称且十分简单的电极系统外,一般难于对静电场分布用理论方法进行计算。用仪表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。 静电场的测量一般采用间接测量的方法,即模拟法。模拟法是科学研究和工程技术中广泛使用的一种方法。在自然现象和科学、工程技术问题的研究中,常常会由于研究对象过于庞大、过程变化过快或过慢,环境过于危险等原因而难以直接研究和实地测量,因此需要在实验室里制造一个与研究对象相似的模型,使现象和过程得以重现、延缓或加速,以便进行研究和测量。 模拟法又可分为物理模拟和数学模拟两大类。如果人为制造的模型与实际研究对象有着相同的物理本质即为物理模拟。如用“风洞”模拟飞机和火箭在大气中的飞行,用振动台模拟地震对建筑物的影响,用光测弹性法模拟工程构件内的应力分布等。如果两种不同本质的物理现象或过程遵循相同的数学规律,则可以用其中一种便于研究和测量的现象或过程来模拟另一现象或过程,这就是数学模拟。 用模拟法描绘静电场的方法之一是用电流场代替静电场。本实验仪采用稳恒电流场模拟 THME-