陈晓旭唐翠明
（四川理工学院物电学院，四川自贡643000）
摘要：静电场强度和电势空间分布检测较困难，常采用稳恒电流产生的稳恒电场来模拟静电场。为了更直观地了解电场空间分布，我们通过静电场描绘实验绘制出了等势面，通过等势面的疏密来描述电场强弱分布。本文采用MATLAB软件，并调用其中可视化模块GUI对稳恒电场的等势面进行仿真计算，仿真结果能很好地判断实验绘制的等势面的精确性。我们将稳恒电场的等势面的仿真结果与实验绘制等势面相对比，得出了实验绘制的等势面的误差值。我们还对稳恒电场的等势面的实验误差进行了分析，并提出了实验设备的改进方法。
美齐显示器
关键词：Matlab；静电场；等势线
1引言
静电荷周围空间将产生静电场，对于静电场的空间分布使
用电场强度和电势两个基本物理量来描述。由于电场的测量
仪器通常只能使用静电式仪表，使得对电场强度和电势这两个
物理量测量变得十分困难。如果采用磁电式仪表，测量中会产
生电流，而电流会使电荷的分布发生变化，电场强度和电势也
会发生相应变化。而采用静电式仪表时，电荷会通过大气或支
撑物不断地泄漏。同时静电式仪表本身也是导体，在测量时探
针的引入，会因探针上感应电荷与原电场叠加而改变原有电场
网闸
分布。严重时会引起电场发生形变，使测量失准。
人们通过长期研究发现稳恒电流场与静电场具有相似的关元
特点，为此可仿造一个与原静电场相似的稳恒电流场。当用探
针测量稳恒电流场时，因稳恒电流场电荷分布未发生改变，可
认为探针未对电场产生影响，从而能较好地模拟测绘静电场。
建立稳恒电流场后，可通过实验测量获得数据点，再做出
等势面，但等势面是否正确，与理论计算差异是多少，光从等势
面图上无法得知。为此从实验原理出发，我们选用高性能的数
第三批本科院校
值计算和可视化软件MATLAB，借用其图形用户界面设计工具GUI，完成相关程序设计，对稳恒电流场进行了仿真模拟。我们将实验绘制的等势面半径进行测量，然后将其数据和仿真模拟
台州商业银行结果进行比对，从而可以判断实验结果的准确性。
2稳恒电流场的实验与仿真
2.1稳恒电流场模拟静电场实验
我们采用无限长均匀带电同心电缆产生的静电场进行模
拟。无限长得均匀带电同心电缆其等势面为一簇同轴圆柱面。
设无限长同轴圆柱面内、外半径分别为a和b，电荷线密度
为+λ和－λ，柱面间的介质的介电系数为ε。推导得出了距离
轴心半径为r（a＜r＜b）处的电位和静电场强度分别为：
Ur=Ua ln(b/r)
ln(b/a)（１）
胜诉在美国
Er=－dUr dr=Ua ln(b/a)∙1r（２）
对于稳恒电流场，使用南京光大教学仪器厂CE-N型静电
场描绘仪，仪器如图１所示，
其中水槽电极如图２所示。
图１CE-N
型静电场描绘仪
图２水槽电极
在图２中，内为一半径为a的圆柱体，外为内半径为b的圆环，内外分别与电源正负极相连。其中a、b之间为电阻率为ρ，厚度为t的导电介质，通电后在两电极之间形成稳定的径向电流，从而产生一稳恒的电流场，可推导出距离中心r（a＜r＜b）处
的电位为Ur=Ua
ln(b/r)
ln(b/a)，与无限长同轴圆柱面所建立的静电场具有相同的数学表达形式。如将柱面间静电场电位差与直流电位差取为相同时，则可得到两种场中对应点电位相当，即两
*基金项目：本文系四川理工学院教改项目（编号JG-1327）研究成果。
105
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议