用模拟法测绘静电场研究报告.docx

用模拟法测绘静电场研究报告四院三营 信息安全专业 学号 4052014076 姓名 王大庆摘要：本文主要是对用模拟法测绘静电场的实验研究，利用稳压电流场模拟静电场的方法，测绘无限长轴和示波管电子枪焦距电厂的等位线。依照模拟法的思想，利用稳恒电流场与静电场相似的特性，仿照一个与原静电场相似的稳恒电流场，当用探针去测量模拟场时，它不受干扰，从而间接地测绘出被模拟的电场。关键词：模拟法 ；静电场；直流稳压电源；恒稳电流场引言：静电场在工农业生产与日常生活中有很多的应用。静电应用英文名为electrostaticapplication，是指利用静电感应、高压静电场的气体放电等效应和原理，实现多种加工工艺和加工设备。工业方面，在电力、机械、轻工、纺织、航空航天以及高技术领域有着广泛的应用。农业生产中，利用高压静电场处理植物种子或植株，可以提高产量和抗性。生活方面，静电场应用于治疗、空气除尘以及厨房抽油烟机等。可以说，静电场的应用与我们息息相关。所以进行了对静电场的基础研究，详细了解其性质特点，才能有更深的发现。 一、实验原理：静电场是由电荷分布决定的，确定静电场的分布，对于研究带电粒子与带电体之间的相互作用是非常重要的。理论上讲，如果知道了电荷的分布，就可以确定静电场的分布。在给定条件下，确定系统静电场分布的方法，一般有解析法数值计算法和实验法。在科学研究和生产实践中，随着静电应用、静电防护和静电现象等研究的深入，常常需要了解一些形状比较复杂的带电体或电极周围静电场的分布，这时，理论方法（解析法和数值计算法）是十分困难的。然而，对于静电场来说，要直接进行探测也是比较困难的。其一是，静电场中无电流，一般的磁电式仪表不起作用，只能用静电式仪表进行测量，而静电式仪表不仅结构复杂，而且灵敏度也较低；其二是，仪表本身是由导体或电介质制成的，静电探测的电极一般很大，一旦放入静电场中，将会引起原静电场的显著改变。由于在一定条件下电介质中的稳恒电流场与静电场服从相同的数学规律，因此可用稳恒电流场来模拟静电场进行测量。这种实验方法称为模拟法。对电子管、示波管、电子显微镜等许多复杂电极的静电场分布都可用这种方法进行研究，这是电子光学中最重要的一种研究手段。本实验通过测绘简单电极间的电场分布学习模拟法的运用。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来模拟另一种不易实现、不便测量的物理状态或过程。其条件是两种状态或过程有两组一一对应的物理量，并且满足相同形式的数学规律。理论分析知，除静电场外，传热学中的热流向量场和理想流体的速度场都可用电流场来模拟。此外，模拟法还常常用于大量缩小和小量放大等情况。因此，模拟法是一种重要的实验研究方法。模拟法测绘静电场的方法是：依照前述的模拟法的思想，利用稳恒电流场与静电场相似的特性，仿照一个与原静电场相似的稳恒电流场，当用探针去测量模拟场时，它不受干扰，从而间接地测绘出被模拟的电场。为了分析实验探测的结果，我们以无限长同轴柱状导体间的电场为例。如图一所示设真空静电场中圆柱导体A的半径为r1，电势为U0；柱面导体B的内径为r2，且B接地。导体单位长度带电。根据高斯定理，在导体A、B之间与中心轴距离为r的任意一点P的电场强度大小为 电势为图一 导体A的电势可表示为 = 于是有 （1）将A、B间充以电阻率为、厚度为b的均匀导电质，不改变其几何条件及A、B的电位，则在A、B之间将形成稳恒电流场。设场中距中心点的距离为r处的电势为，在r处宽度为的导电质环的电阻为从r到r2的导电质的电阻为电极A、B间导电质的总电阻为由于A、B间为稳恒电流场，则即 (2)比较(1)(2)两式可以知道，在同轴圆面之间建立一个静电场或稳恒电流场，如果柱面间静电电位差与直流电位差相同，则在两种场中对应点有相同的电位，这就是用电流场来模拟静电场的根据。如图仪器二、实验步骤 利用如右图GVZ-4型导电微晶静电场描绘仪器，左边为专用电源1、 接线：连接电源和红色测量笔2、 开启开关，指示灯亮，先把电源左边上方的换向开关置于校正，调制电压至10V。然后把开关置于测量，开始测量。3、 测试笔开始在导电微晶体上移动，找到你所需电压时，用笔在坐标纸纸上记下一个对应的标记（2V,3V,5V,6V,8V；同时一个电压至少找8个点，并使其均匀分布）。4、 将各点填至表一。5、 根据数据描绘静电场（在直角坐标智商描绘，仅把等势线和电场线描绘出来）。 三、通过实验得到以下数据数据表格：测绘无限长同轴电缆中静电场电场分布：123456782V4.394.384.404.434.414.484.484.483V3.703.803.793.813.803.703.713.705V2.502.512.482.492.512.512.472.526V2.122.232.142.112.122.112.102.108V1.501.421.511.361.431.481.451.44表一电场的电势线和电场线的分布数据处理：1、 分别测出无限长同轴电缆中的电场的等位线上各孔到圆心的距离，求出平均半径；r1=4.42cm ；r2=3.75cm ；r3=2.50cm； r4=2.12cm ；r4=1.43cm2、 然后分别求出对于半径的填入表格；23568/cm4.423.752.502.121.431.491.320.920.750.363、 根据数据做出以为横坐标，以为纵坐标的曲线结论：通过本次的研究，加深了对静电场的了解，并详细地掌握了模拟法测静电场的理论及实验操作。从实验数据的研究，对电场强度和电势差的性质分布有了深刻的了解，如电势沿着电场线的方向降低，电场的方向是从正电荷指向负电荷方向或无穷远处。不难得出电场线分布越密集的地