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静电场的模拟

> 知识库 芦荟君 2024-10-08 19:12

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。

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