寻找 A2、0、B2、B1
[2019-11-25] 作者:admin 点击:

  尝试十四导电玻璃静电场描画仪根基道理-Read_能源/化工_工程科技_专业材料。尝试十四导电玻璃静电场描画仪根基道理-Read

  广东手艺师范学院尝试演讲 学院: 班级 尝试地址: 电信学院 专业:使用电子手艺教育 (师范) 成就: 姓名 谭沛宜 指点教师签名: 学号 19 06 使用师 尝试楼 103 尝试十四:导电玻璃静电场描画仪根基道理 一、尝试目标取要求 “模仿法”间接测绘静电场的分布 二、尝试类型 验证型 三、尝试道理及申明 模仿法正在科学尝试中有着极其普遍的使用,其素质是用一种易于实现、便于丈量的物 理形态或过程的研究去取代另一种不易实现、未便丈量的形态或过程的研究。 为了降服间接丈量静电场的坚苦,我们能够仿制一个取待测静电场分布完全一样的电 流场,用容易间接丈量的电流场去模仿静电场。 静电场取稳恒电流场本是两种分歧的场, 可是它们两者之间正在必然前提下具有类似的空间 分布,即两种场恪守的纪律正在形式上类似。它们都能够引入电位 U,并且电场强度 E=-△U;它 们都恪守高斯。对静电场,电场强度正在无源区域内满脚以下积分关系 ? E ? ds ? 0 s ? E ? dl ? 0 l 而对于稳恒电流场,电流密度矢量 J 正在无源区域内也满脚雷同的积分关系 ? J ? ds ? 0 ? J ? dl ? 0 s l 由此可见,E 和 J 正在各自区域中满脚同样的数学纪律。若稳恒电流场空间内平均地充满了电 导率为 ? 的不良导体,不良导体内的电场强度 E ? 取电流密度矢量 J 之间遵照欧姆定律 J ? ? E? 因此,E 和 E ? 正在各自的区域中也满脚同样的数学纪律。正在不异鸿沟前提下,由电动力 学的理论能够严酷证明:象如许具有不异鸿沟前提的不异方程,其解也不异。因而,我们可 以用稳恒电流场来模仿静电场。 也就是说静电场的电力线和等势线取稳恒电流场的电流密度 矢量和等位线具有类似线的分布, 所以测定出稳恒电流场的电位分布也就求得了取它类似的 静电场的电场分布。 二、模仿长同轴圆柱形电缆的静电场 操纵稳恒电流场取响应的静电场正在空间形式上的分歧性,则只需电极外形必然, 电极电位不变,空间介质平均,正在任何一个调查点,均应有“U 稳恒=U 静电”或“E 稳恒=E 静电”。 1 下面以同轴圆柱形电缆的静电场和响应的模仿场——稳恒电流来会商这种等效性。 如图 1(a)所示,正在实空中有一半径为 ra 的长圆柱形导体 A 和一个内径为 rb 的长圆筒 形导体 B,它们同轴放置,别离带等量异号电荷。由高斯可知,正在垂曲于轴线的任一个 截面 S 内,都有平均分布的辐射状电力线,这是一个取坐标 z 无关的二维场。正在二维场中电 场强度 E 平行于 xy 平面,其等位面为一簇同轴圆柱面。因而,只需研究任一垂曲横截面上 的电场分布即可。 图 1 同轴电缆及其静电场分布 距轴心 O 半径为 r 处(见图 1(b))的各点电场强度为 E? 式中 ? 为 A(或 B)的电荷线 r U r ? U a ? ? E ? dr ? U a ? ra r ? r ln 2? ?0 ra (1) 若 r=rb 时 Ub=0,则有 Ua ? ? rb 2? ?0 ln ra 代入式(1)得 rb ra Ur ? Ua r ln b ra ln 距核心 r 处场强为 (2) Er ? ? U dU r 1 ? a ? r r dr ln b ra (3) 若上述圆柱形导体 A 取圆筒形导体 B 之间不是实空, 而是平均地充满了一种电导率为 ? 的不良导体,且 A 和 B 别离取曲流电源的正负极相连,见图 2,则正在 A、B 间构成径向电流, ?。 ? 取原实空中的静电场 E r 是 成立起一个稳恒电流场 E r 能够证明不良导体中的电场强度 E r 不异的。 2 图 2 同轴电缆的模仿模子 取厚度为 t 的圆柱形同轴不良导体片来研究。设材料的电阻率为 ? ( ? ? 1/ ? ) ,则从 半径为 r 的圆殷勤半径为 r+dr 的圆周之间的不良导体薄块的电阻为 dR ? Rrrb ? 半径 r 到 rb 之间的圆柱片电阻为 dr 2 πt r ? 2 πt ? r ? (4) ? rb dr ? r ? ln b r 2 πt r (5) 由此可见,半径 r 到 rb 之间圆柱片的电阻为 Rra rb ? I? ? 2 πt ln rb ra (6) 若设 Ub=0,则径向电流为 Ua 2 π tU a ? r Rra rb ? ln b 距核心 r 处的电位为 ra U r ? IRrrb (7) ?为 则稳恒电流场 E r ? ?? Er rb r ? Ua rb ln ra ln (8) ? U dU r 1 ? a ? r r dr ln b ra (9) 可见式(8)取式(2)具有不异形式,申明稳恒电流场取静电场的电位分布函数完全 不异,即柱面之间的电位 Ur 取 Inr 均为曲线关系,而且 Ur/Ua 即相对电位仅是坐标的函数, 取电场电位的绝对值无关。显而易见,稳恒电流的电场 E ? 取静电场 E 的分布也是不异的, 由于 E? ? ? ? dU r dU r ?? ?E dr dr 现实上, 并不是每种带电体的静电场及模仿场的电位分布函数都能计较出来, 只要正在 ? 分布平均并且几何外形对称法则的特殊带电体的场分布才能用理论严酷计较。 只是通过 一个特例,证了然用稳恒电流场模仿静电场的可行性。 3 为什么这两种场的分布不异呢?我们能够从电荷发生场的概念加以阐发。正在导电质中 没有电畅通过时,此中任一体积元内(宏不雅小,微不雅大,即其内仍包含大量原子)正负电荷 数量相等,呈电中性。当有电畅通过时,单元时间内流入和流出该体积元内的正或负电荷数 量相等,静电荷为零,仍然呈电中性。因此,整个导电质内有电畅通过时也不存正在静电荷。 这就是说,实空中的静电场和有稳恒电畅通过时导电质中的电场都是由电极上电荷发生的。 现实上, 实空中电极上的电荷是不动的, 正在有电畅通过的导电质中, 电极上的电荷一边流失, 一边由电源弥补, 正在动态均衡下连结电荷的数量不变。 所以这两种环境下电场分布是不异的。 三、模仿前提 模仿方式的利用有必然的前提和范畴,不克不及随便推广,不然将会获得的结论。用 稳恒电流场模仿静电场的前提能够归纳为下列三点: (1)稳恒电流场中的电极外形应取被模仿的静电场中的带电体几何外形不异。 (2) 稳恒电流场中的导电介质应是不良导体且电导率分布平均, 并满脚 ? 电极? ? ? 导电质 才能电流场中的电极(良导体)的概况也近似是一个等位面。 (3)模仿所用电极系统取被模仿电极系统的鸿沟前提不异。 四、静电场的测绘方式 由(3)式可知,场强 E 的数值上等于电位梯度,标的目的指向电位下降的标的目的。考虑到 E 是矢量,而电位 U 是标量,从尝试丈量来讲,测定电位比测定电场强度容易实现,所以可先 测绘等位线,然后按照电力线取等位线正交的道理,画出电力线。如许就可由等位线的间距 确定电力线的疏密和指向,将笼统的电场抽象地反映出来。 电压法 图 3 模仿静电场描画的道理 具体方式:电压法,道理如图 3,即 K 拨正在校正。调理 W1 使 E1 调到我们所需工做 电压一般为 10V,然后将 K 拨到丈量,丈量笔(探针),放正在 A 点,电压表显示电压数 即为 A 点的电势值,这种方式简单、便利、曲不雅。 四、尝试次要仪器设备和材料 序 号 名 称 型号规格 数 量 次要用处 4 1 静电场描画 仪(模仿) MD-2 型(数显) 1 模仿静电场,描画等 势线 五、尝试内容和步调 1.丈量: 电源开关。摆布开关,测左按左,测左按左,丈量校正开关按到校正,调电压调 节旋钮使电表显示 10V,然后将丈量校正开关,按到丈量。博美彩票纵横挪动丈量笔,则电压表 显示寻找所测电压值。 尝试演讲都需要记实,以备学生计较或验证,对模仿法做深刻研究。则需正在对应记实 电极架上放好橡胶板铺平白纸、用磁条吸住,当液晶显示读数认为需要记实时,悄悄按下记 录笔并正在白纸上能清晰记下小点,一般所需记实电压请课本、或由任课教师确定,为实 验清晰快速,每等位线 点,然后毗连即可。 2.预备 ①打开仪器盖后,确定尝试项目,如点电荷。对应记实电极架上放好橡胶板铺平白纸, 用磁条压住,留意必然要平整。 ②插上电源,将电源开关放正在开的。 ③将丈量校正开关按正在校正。 ④调理电压调理旋纽,看电压表调到你需要的电压如 6V。 ⑤将摆布开关测左按左,测左按左。 ⑥校正丈量开关,按到丈量。 3.等势线V 为例) 记实笔 丈量笔 ①将丈量笔放至 a ,按一下记实笔,再放到 b 点按一下记实笔,正在白纸上记下 AB 二点将其六等分,别离为 A1、A2、0、B2、B1 ②丈量笔对应 A1,丈量出电压值,并正在玻璃上纵横勾当,寻找取 A1 不异的电压值点, 一般正在 A1 摆布二边各找四到五个点为宜,每找到一个点记实笔记下一个点。 5 ③依此类推,寻找 A2、0、B2、B1。 ④取下记实纸用笔将点不异电压值的点园滑的联线。 六、预习取思虑题 1、用稳恒电流场模仿静电场的理论根据是什么? 答: 静电场取稳恒电流场本是两种分歧的场,可是它们两者之间正在必然前提下具有类似 的空间分布,即两种场恪守的纪律正在形式上类似。它们都能够引入电位 U,并且电场强度 E=△U ;它们都恪守高斯。对静电场,电场强度正在无源区域内满脚以下积分关系 ? E ? ds ? 0 s ? E ? dl ? 0 ,而对于稳恒电流场,电流密度矢量 J 正在无源区域内也满脚 l 雷同的积分关系 E 和 J 正在各自区域中满脚同样的 ? J ? ds ? 0 ? J ? dl ? 0 ,由此可见, s l 数学纪律。正在不异鸿沟前提下,由电动力学的理论能够严酷证明:象如许具有不异鸿沟前提 的不异方程,其解也不异。因而,我们能够用稳恒电流场来模仿静电场。也就是说静电场的 电力线和等势线取稳恒电流场的电流密度矢量和等位线具有类似线的分布, 所以测定出稳恒 电流场的电位分布也就求得了取它类似的静电场的电场分布。 2、电场线取等位线有何干系?电场线起于何处?止于何处? 答: 电场线取等位线垂曲, 电场线起于电场正极,止于负极。 6