静电场的描绘

时间:2024-09-21 08:47:54编辑:阿星

为什么要采用模拟的方法描述静电场

想测量静电场需要用探头,而探头也带电荷,这样二者叠加,对原来的电场产生干扰。故不能直接测得静电场,只能用模拟的方法描述静电场。

实验中采用等效边界条件下的恒定电流场来模拟静电场。
理论依据是两种场符合的场方程形式相同,其解的形式也相同
或者说两种场有类比对称性:电荷激发电场,导电介质中电源激发电流,只要电荷和电源分布形式等效(等效即可,不一定完全相同,有的情况下也不可能完全相同,因为静电场不闭合,电流场一定闭合,一个点电荷就能产生电场,只有一个电极却无法产生电流,像点电荷的情况,就不可能只用一个电极模拟,必须加上一个等效与无穷远的边界作为另一个电极),两者的场分布也一定相似


静电场的模拟实验原理

静电场的模拟实验原理是为了形象地表示静电场,常采用电场线(曾称电力线)和等势面来描绘静电场,这就是模拟法测绘静电场。静电场(electrostatic field),是由静止电荷(相对于观察者静止的电荷)激发的电场。它是电荷周围空间存在的一种特殊形态的物质,其基本特征是对置于其中的静止电荷有力的作用。库仑定律描述了这个力。根据静电场的高斯定理:静电场的电场线起于正电荷或无穷远,终止于负电荷或无穷远,故静电场是有源场.从安培环路定理来说它是一个无旋场。根据环量定理,静电场中环量恒等于零,表明静电场中沿任意闭合路径移动电荷,电场力所做的功都为零,因此静电场是保守场.根据库仑定律,两个点电荷之间的作用力跟它们的电荷量的乘积成正比,和它们距离的平方成反比,作用力的方向在它们的连线上,即=(/,其中、为两电荷的电荷量(不计正负性)、为静电力常量,约为9.0e+09(牛顿·米2)/(库伦2;),r为两电荷中心点连线的距离。注意,点电荷是不考虑其尺寸、形状和电荷分布情况的带电体。是实际带电体的理想化模型。当带电体的距离比它们的大小大得多时,带电体的形状和大小可以忽略不计的点电荷。

静电场的描绘是什么?

静电场的描绘是一个物理实验。在一些科学研究和生产实践中,往往需要了解带电体周围静电场的分布情况。一般来说带电体的形状比较复杂,很难用理论方法进行计算。用实验手段直接研究或测绘静电场通常也很困难。因为仪表(或其探测头)放入静电场,总要使被测场原有分布状态发生畸变,除静电式仪表之外的一般磁电式仪表是不能用于静电场的直接测量,因为静电场中不会有电流流过,对这些仪表不起作用。所以,人们常用“模拟法”间接测绘静电场分布。场强E在数值上等于电位梯度,方向指向电位降落的方向。考虑到E是矢量,U是标量,从实验测量来讲,测量电位比测定场强容易实现,所以可先测绘等位线,然后根据电力线与等位线正交原理,画出电力线。这样就可由等位线的间距,电力线的疏密和指向,将抽象的电场形象地反映出来。电场描绘实验静电场描绘仪(包括水槽、双层固定支架、同步探针等),如图3所示,支架采用双层式结构,上层放记录纸,下层放带电极水槽。并将电极引线接出到外接线柱上,电极间有电导率远小于电极且各向均匀的导电介质水。接通交流电源就可进行实验。在导电玻璃和记录纸上方各有一探针,通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上,两探针始终保持在同一铅垂线上。移动手柄座时,可保证两探针的运动轨迹是一样的。由水槽上方的穿梭针找到待测点后,按一下记录纸上方的探针,在记录纸上留下一个对应的标记。移动同步探针在水槽中找出若干电位相同的点,由此即可描绘出等位线。

静电场有什么特点?

电场线具有不相交、不中断的特点。电场线是为了直观形象地描述电场分布而在电场中引入的一些假想的曲线。曲线上每一点的切线方向和该点电场强度的方向一致;曲线密集的地方场强强,稀疏的地方场强弱。在没有电荷的空间,电场线具有不相交、不中断的特点。静电场的电场线还具有下列性质:1、电场线不闭合,始于正电荷或无穷远处终止于无穷远或负电荷;2、电场线垂直于导体表面;3、电场线与等势面垂直。电场线的用途:知道一个电场的电场线,就可判定场强的方向和大小,就可画出等势面,能判定电势高低(沿电场线方向电势降低)。通过电场中某一面的电场线总条数,称为通过该面的电通量。应该注意,电场线不是电荷的运动轨迹.根据电场线方向能确定电荷的受力方向和加速度方向,不能确定电荷的速度方向、运动的轨迹.电场线是直线时,电荷运动速度与电场线平行,电荷运动轨迹与电场线重合。

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