实验五 用电流场模拟静电场
实验五 用电流场模拟静电场
【实验目的】
1．学习用模拟法研究静电场。 2．加深对静电场概念的理解。 【实验仪器】
静电场描绘仪、静电场描绘仪电源、游标卡尺、记录纸、导线若干。 【实验原理】
在研究静电场时，除了具有一定对称性的规则带电体所形成的场以外，大都不易用理论的方法计算其分布。即使可以，计算结果与实际场的分布也难以很好相符。因此，为了较为简捷、准确地获知静电场的分布，在工程上一般采用实验的方法。
但是，在对静电场进行实际测量时，由于所使用的测量仪器上的探针必然是良导体，这样，在将其放入场中探测时，探针上会感生出电荷，这些电荷产生的电场最终使得原静电场的分布改变。这个困难可以用一种间接的测量方法来解决。这种方法的特点是：仿造一个与原静电场具有相似分布的场，并且，当用探针测量的时，该电场不受干扰。因此，通过对这个电场的测量就可以间接获得原静电场的分布。
我们知道，恒定电流场和静电场是两种不同性质的场，它们的区别在于产生电场的电荷运动与否。虽然产生恒定电流场的电荷 是在连续不断地流动着，但若让其保持动态平衡，它的分布是不随时间变化的。因而，场中空间各点的电场强度E和电势U也不随时间变化，恒定电流场产生的宏观效应与静电场是一样的。因此，测量恒定电流场的分布就可以模拟出静电场的分布。
本实验用共轴电缆线间的恒定电流场来模拟相应的静电场。由于该场的轴向分布是完全相同，所以只需模拟与轴相垂直的横截面上的分布即可。
实验中使用中间为圆柱形导体A（半径为r1）、外部为与A共轴的圆环B（内半径为r2）构成上述戴面。A和B是建立恒定电流场
所必需的两个电极（见图5-1），它们相当于
图5-1
产生静电场的带有等量异号电荷的两个带电体。如果在两电极间置于添土碳粉的导电纸，
并使其与电极保持良好接触，接通电源后，便会在导电纸上形成恒定电流场。
由图8-1可知，从电极A通过导电纸流向电极B的电流强度为：
I
UER
（5-1）
式中UE是电源电压，R为两电极间的等效电阻。又由欧姆定律的微分形式推知
I krEr
（5-2）
式中k是由导电纸决定的常量，r为P点距轴的距离，Er是P
点处的电场强度。比较以上两
