实验五静电场描绘VIP专享

实验五静电场描绘 实验 五 静电场的描绘 一、实验目的 1．了解模拟法描绘静电场的理论依据。 2．学会用模拟法讨论静电场，在导电纸上描绘静电场分布的方法。 3．描绘几种静电场的等位线，根据等为线画出电力线。 4．加深对静电场，稳恒电流场的了解。 二、实验原理 1．模拟法描绘静电场的理论依据 带电体在其周围空间所产生的电场，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，常采纳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的，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，得到的结果必定严重失真。所以，直接测量是不可行的，只有实行间接的方法，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。 用模拟法描绘静电场的方法之一是用电流场代替静电场。本实验仪采纳稳恒电流场模拟描绘静电场。由电磁学理论可知电解质（或水液）中稳恒电流场与电介质（或真空）中静电场具有相似性。 当空间中不存在自由电荷时，各向同性介质中静电场满足下列微分方程及边界条件： ▽·D＝0； D 1n =D 2n ▽×E＝0； D 1t =D 2 (1) 式中 D 为电位移失量，E 为电场强度矢量；下标中 n 表示法向，t 表示切向，1、2 代表边界两边的介质。D 和 E 的关系为 D= E= r 0 E （2） 式中 为介质介电系数，  0 为真空介电系数，  r 为介质的相对介电系数  在静电场的无源区域中，电场强度矢量 E 满足 (3) 各向同性导电介质中稳恒电流场满足下列微分方程及边界条件 ▽·J＝0；J 1n =J 2n ▽×E＝0；E 1t =E 2t (4) 式中 J 为电流密度矢量。J 和 E 的关系为 J=σE （5） 式中 σ为各向同性导电介质的电导率。 在电流场的无源区域中，电流密度矢量 J 满足...