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实验内容

用恒定电流模拟静电场
2013-11-19 14:02  

一、实验目的

1、加对电场强度和电势概念的理解。

2、了解用模拟法进行测量的特点和使用条件。

3、学会用稳恒电流场模拟静电场的原理和方法。

二、实验仪器

同轴圆柱形电极实验装置

三、实验原理

由于稳恒电流产生的场和静电场的电势都是拉普拉斯方程的解,静电场中导体表面为等势面,而电极通常由良导体制成,同一电极上各点电势相等,所以两个场用电势表示的边界条件相同,则两个场的解必定相同,因此我们可以用稳恒电流场来模拟静电场,即用稳恒电流场中的电势分布模拟静电场中的电势分布。本实验采用模拟法描绘二维静电场的电位分布。图1所示为同轴圆柱形电极间电场的模拟。其中(a)显示的是一根同轴圆柱体经横断后的结构,A为中心电极,B为同轴外电极。将其放置在导电溶液或导电纸上,在A,日电极之间加电压u(内电极A接正,外电极B接负),由于电极是对称的,电流将均匀地沿着径向从内电极流向外电极。两个电极间的电流场形成的同心圆等势线(图中用虚线表示)就可以模拟一个“无限长”均匀带电圆柱体(如同轴电缆)所形成的等势线,如图6-2所示,图中电力线(实线带箭头)与等势线是正交的。

   a   模拟模型              b 电势分布

              图1 长同轴圆柱面示意图

四、实验内容

1.同轴圆柱形电极

先放好坐标纸(或白纸),电源的电压设为6V,平移柱体L,分别在坐标纸(或白纸)上打出为5.00V,4.00V,3.00V,2.00V,1.00V的几组等位点(打点时,注意点的分布)。

2.示波管聚焦电极

其实验做法与同轴圆形电极的做法一样,要求打出“5.50V,5.oov,4.00v,3.00V,2.OOV。1.OOV,0.50V”对应的系列等位点,要求画出等位线和电力线,画电力线时注意使其与等位线处处垂直,且其密度能反映电场强度的大小。

五、思考题

1. 出现下列情况如上图所示,电力线和等势线形状有无变化?为什么?

a电源电压提高1倍 b检流计调不到零点 c测量电压有漂移,随时间增加

2.本实验仪器设计缺陷在哪里,如何动手设计新的实验去改善。(提示,惠斯顿电桥)

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