静电场范文10篇

[摘要]利用稳恒电流场在导体中的分布可以模拟静电场论文的分布。传统的静电场描绘仪存在着一系列缺陷，针对传统静电场描绘仪的不足作了部分的改进。通过实验比较，改进后的描绘仪能很好地模拟静电场。

[关键词]静电场描绘仪改进

静电场描：绘实验是高等院校普遍开设的一个基本的电磁学实验，因为直接测量静电场会因测量仪器的介入导致原静电场发生畸变而对其测量带来很大的困难，而稳恒电流场在导体中的分布规律和真空中静电场电势的分布规律完全相似。因此，通常是用稳恒电流场来模拟静电场，称这种方法为模拟法描绘静电场。

传统的静：电场描绘实验装置中，电极之问的导电介质通常用导电纸。目前，也有不少装置采用水来代替导电纸，但这两种方法均存在一系列的缺陷，导致描绘误差太大，严重影响了实验的效果。

针对以上两种介质存在的问题，我们对静电场描绘仪作了改进：以镀有ITO膜的导电玻璃作为电极之间的导电介质，采用双层探针直接记录各等势点坐标，通过描点的方法来描绘电场。我们对改进后的静电场描绘仪进行反复试验，效果很理想。

一、理论依据

[摘要]利用稳恒电流场在导体中的分布可以模拟静电场论文的分布。传统的静电场描绘仪存在着一系列缺陷，针对传统静电场描绘仪的不足作了部分的改进。通过实验比较，改进后的描绘仪能很好地模拟静电场。

[关键词]静电场描绘仪改进

静电场描：绘实验是高等院校普遍开设的一个基本的电磁学实验，因为直接测量静电场会因测量仪器的介入导致原静电场发生畸变而对其测量带来很大的困难，而稳恒电流场在导体中的分布规律和真空中静电场电势的分布规律完全相似。因此，通常是用稳恒电流场来模拟静电场，称这种方法为模拟法描绘静电场。

传统的静：电场描绘实验装置中，电极之问的导电介质通常用导电纸。目前，也有不少装置采用水来代替导电纸，但这两种方法均存在一系列的缺陷，导致描绘误差太大，严重影响了实验的效果。

针对以上两种介质存在的问题，我们对静电场描绘仪作了改进：以镀有ITO膜的导电玻璃作为电极之间的导电介质，采用双层探针直接记录各等势点坐标，通过描点的方法来描绘电场。我们对改进后的静电场描绘仪进行反复试验，效果很理想。

一、理论依据

[摘要]利用稳恒电流场在导体中的分布可以模拟静电场论文的分布。传统的静电场描绘仪存在着一系列缺陷，针对传统静电场描绘仪的不足作了部分的改进。通过实验比较，改进后的描绘仪能很好地模拟静电场。

[关键词]静电场描绘仪改进

静电场描：绘实验是高等院校普遍开设的一个基本的电磁学实验，因为直接测量静电场会因测量仪器的介入导致原静电场发生畸变而对其测量带来很大的困难，而稳恒电流场在导体中的分布规律和真空中静电场电势的分布规律完全相似。因此，通常是用稳恒电流场来模拟静电场，称这种方法为模拟法描绘静电场。

传统的静：电场描绘实验装置中，电极之问的导电介质通常用导电纸。目前，也有不少装置采用水来代替导电纸，但这两种方法均存在一系列的缺陷，导致描绘误差太大，严重影响了实验的效果。

针对以上两种介质存在的问题，我们对静电场描绘仪作了改进：以镀有ITO膜的导电玻璃作为电极之间的导电介质，采用双层探针直接记录各等势点坐标，通过描点的方法来描绘电场。我们对改进后的静电场描绘仪进行反复试验，效果很理想。

一、理论依据

[摘要]利用稳恒电流场在导体中的分布可以模拟静电场论文的分布。传统的静电场描绘仪存在着一系列缺陷，针对传统静电场描绘仪的不足作了部分的改进。通过实验比较，改进后的描绘仪能很好地模拟静电场。

[关键词]静电场描绘仪改进

静电场描：绘实验是高等院校普遍开设的一个基本的电磁学实验，因为直接测量静电场会因测量仪器的介入导致原静电场发生畸变而对其测量带来很大的困难，而稳恒电流场在导体中的分布规律和真空中静电场电势的分布规律完全相似。因此，通常是用稳恒电流场来模拟静电场，称这种方法为模拟法描绘静电场。

传统的静：电场描绘实验装置中，电极之问的导电介质通常用导电纸。目前，也有不少装置采用水来代替导电纸，但这两种方法均存在一系列的缺陷，导致描绘误差太大，严重影响了实验的效果。

针对以上两种介质存在的问题，我们对静电场描绘仪作了改进：以镀有ITO膜的导电玻璃作为电极之间的导电介质，采用双层探针直接记录各等势点坐标，通过描点的方法来描绘电场。我们对改进后的静电场描绘仪进行反复试验，效果很理想。

一、理论依据

【摘要】电磁学大学物理课程的重要模块，是理工科学生的普遍修读的内容。静电场高斯定理是电磁学的基础，是学生必须掌握的知识点。通过分析静电场高斯定理知识点的内容，以基本概念为基础，采用层次化、递进的方式讲解这一知识点，对于帮助学生更好地学习和理解，有一定的帮助。

【关键词】静电场；高斯定理；知识点；分析

电磁学是理工科学生必修课程“大学物理”中的重要内容，静电场高斯定理是电磁学中一个非常重要的内容，是学生学习对矢量场特性分析的第一个知识点。只有掌握了静电场高斯定理，学生才能比较有效地开展电磁学后续内容的学习。但是，由于电场和磁场是抽象的物理概念，它们本身是看不见的客观存，很多学生对于理解电场、磁场的规律和特性，存在一定的困难。同时，由于高校普遍对“大学物理”理论课的课时进行压缩，使一些重要的概念和定理的推导过程被“侵蚀”。因此，如何能利用有限的时间高效地把理论知识阐述在课堂上，是教师要考虑的一个重要问题。通过对知识点的分析梳理，结合多年以来的教学经验，对于静电场高斯定理的讲解，可以几个基本概念为要点，以层次化的递进方式进行讲解，最后推导得到静电场高斯定理的内容（图1）。

一、对电场线与电通量的讲解

由于电场是看不到的，人们使用电场线比较直观地描述电场在空间的分布，在空间某点上，电场线的方向，即是该点的电场方向；电场线的密度，即是该点的电场强度大小。如果在空间中定义一个面（平面或曲面），电场线就有可能穿过这个面，穿过该面的电场线的数量，就是这个面的电场强度通量，简称——电通量，用Φ_e表示。如图2所示，在均匀电场中的某个平面，其电通量的计算可以使用面积与电场强度的点积进行计算；其中为平面的法向单位矢量。在这一部分的讲解，要抓住电场强度、电场线、电通量这几个物理概念之间的联系，在巩固旧知的基础上，通过旧知之间的联系扩展得到对新知识的认知和理解。

二、对面积元、面积元上的电通量的讲解

1非静电力概念

1.1静电平衡状态中的非静电力。导体静电平衡的必要条件是导体内部宏观点的场强应该处处为零。但必须特别注意，只有在导体内部的电荷不受任何非静电力的作用时才是如此。否则，导体内场强不是处处为零的。例如，一金属AB，在均匀磁场中作匀速运动，运动方向和磁场方向（×表示B垂直纸面向里），金属棒内的自由电子受到洛仑兹力的作用，而堆积在B端，使B端带负电，A端带正电。于是AB间产生静电场。当作用于自由电子的静电场力与洛仑兹力平衡时，此金属棒（仍以V作匀速运动）才处于静电平衡状态,导体内不再有电荷相对于导体作宏观运动。这时，导体内部的静电场并不为零。

稍后，将分析化学电池的内、外电路中的电场。我们确信，当化学电池断路时，两极各带正、负电荷，电池系数处于静电平衡，在电池内部，作用于电荷的静电力与非静电力平衡，合力为零，但电池内部的静电场强并不处处为零。

1.2稳恒电路中的非静电力。由安培定理知道：纯静电系统的平衡是不稳定的，放电电流也是不稳定的。要获得稳定的电流，在系统内必须同时有非静电力对电荷的作用存在。

已充电的平行板电容器与电阻R连接成回路，放电电流是非稳恒的，电容器的静电能量转换成电流通过R时的焦耳热，而且能量很快释放完毕，于是电流停止，电容器A，B极板上的正负电荷完全中和，欲使回路中的电流稳恒，根据稳恒电流必须满足的条件在回路中任作一闭合曲面，其内的电荷对时间的变化率成为零，也可以说回路中处处的电荷分布不随时间变化，但电荷可以移动。因而我们设想，带正电的A板与带负电的B板之间存在着某种外来的非静电力，它反抗A，B板间的静电力，及时地从B板取走正电荷，使B板失去正电荷而获得等量的负电荷，恰好补偿了B板在放电过程中损失的负电荷，使B板的电荷分布不随时间变化。同时，非静电力把从B板取走的正电荷及时地传给了A板，使A板在放电过程中的电荷分布也不随时间变化。这样可以使这个含有非静电力的回路保持稳恒电流。非静电力在B板取走正电荷，并反抗AB板间的静电力把正电荷传递给A板所做的功，转化成了回路中稳恒电流释放的电能以及形成稳恒电流的初始暂态过程中，回路所积聚的磁场能。具有这种非静电力的能源装置，我们称它为电源。

1.3非静电力的物理本质。我们讨论一些常见的电源内出现的非静电力。如导体在稳定的磁场中作切割磁感应线的运动，导体中自由电子所受到的非静电力是洛仑兹力（磁场对运动电荷的作用力）；导体在变化着的磁场产生的感生电场（不具有位场性质，是一非静电的电场）力；导体在变化着的磁场中运动，自由电子所受到的非静电力，既有洛仑兹力，又有感生电场力；如果性质不均匀，如化学性质不均匀（化学电池），物理性质不均匀（温差电池等），电池内的电荷可以宏观迁移，伴随有能量的传换。所有这些都可以归结为非静电力的作用。

1、静电场数值计算

静电场数值计算方法主要有有限差分法、有限元法和模拟电荷法。这三种方法在处理简单模型时的效果相差不多，但当模型较为复杂时，有限差分法已基本不适用。模拟电荷法与有限元法在实际使用中各有利弊，模拟电荷法有准确度高、三维模型计算中占用计算机内存少等优点，但其适用范围比较小，对于介质种类多、具有较多过小曲率半径的边界的系统等，用模拟电荷法来计算就比较麻烦，甚至不可能。有限元法虽然在电场强度计算上与实际值有一定偏差，但可以通过细化网格达到减小误差目的。本文研究的10kV母线内部电场分布，存在3种以上的介质、结构复杂，故选用有限元法。

2、10kV母线静电场仿真计算

2.1母线内部结构

基于已有的10kV母线端部结构图，并对其做出初步的改进。由于铝金属薄膜的截面是一个矩形，有四个直角，在电场中容易造成尖端效应，使电场产生畸变分布不均匀。因此，对铝金属薄膜的截面进行倒角操作，减少尖端效应。画出母线端部结构及尺寸二维视图如图1所示。为了能够更好地展示母线内部结构，利用ANSYS生成母线端部结构的三维视图。母线由绝缘护套层、接地铜带、主绝缘层、铜导体、铝金属薄膜构成，是一个轴对称模型，可采用PLANE121这一单元进行建模，PLANE121是一个二维八节点静电单元，适用于轴对称模型，适用于静电场计算。

2.2母线材料

摘要：通过在物理教育专业进行教学实践，探索电磁学难学的主要原因，并根据物理教育专业特点结合教学实践探讨解决应对的办法，摸索提高电磁学教学质量的途径。

关键词：电磁学教学；静电场；稳恒磁场

电磁学作为物理教育专业的一门重要专业基础课程，为光学、电动力学、电工学、原子与分子物理等后续课程奠定基础。电磁学承接了力学中关于物体的受力、做功、运动规律等内容的分析，同时也增加了对“场”这一抽象概念的处理，需要有较扎实的高等数学知识并能灵活运用高等数学处理问题的方法，同时它又具有较强基础性和应用性，学生普遍反映电磁学难懂难学。分析其中原因并设法解决，才能提高学生学习的积极性，改善学习效果，从而达到提高教学质量的目的。通过不断摸索，发现学生学习电磁学过程中存在困难，主要集中在以下几个原因，现对其进行逐个分析并探讨解决的办法。

1对课程重要性认识不足

“兴趣是最好的老师”，若理论学习脱离了实际，一味进行枯燥乏味的理论推算，对学习该门课程的重要性不明确，不了解该学科的历史背景、现实应用，难以提高学生的学习兴趣。物理学是一门实用性很强的自然科学，电磁学作为其中的重要分支学科，在工业生产、生活、医疗、科研及国防建设诸方面均有广泛应用，对当代社会发展起到至关重要的作用。[1]在介绍教学内容的过程中，可适当融入物理学史的内容：通过库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等对电磁学作出了重大贡献的伟大科学家的事迹，了解他们的科学研究历程，学习他们崇尚理性、勇于探索、锲而不舍的科学精神。麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹实验发现电磁波，马可尼发明电报，推动着人类通讯发展进入崭新的阶段。从直流发电机的发明到交流发电机的广泛应用，为人类提供了将其他能源转换为便于储存运输的电能的途径，电力的广泛应用推动人类社会进入电气时代。[2]在涉及具体知识点的教学活动中，也可适时联系在生活、生产等方面的应用实例，如介绍静电屏蔽这一知识点时，引入电工工作服的使用原理，并让学生查找其他类似应用实例；又如学习电介质的极化时，插入微波炉的工作原理、使用过程中的禁忌及其原因等，增加生活常识。如此将理论联系实际，特别是日常生活熟悉的例子，学以致用，有助于提高学生学习的兴趣。此外，结合物理教育专业的就业方向，联系《新课标》对电磁学内容的要求，分析近年高考理综卷中电磁学所占的比例，介绍近年高考电磁学的热门考点、考试题型，比如带电粒子在电场、磁场或复合场中的运动类题型是近年高考理综物理卷中的常客，对电路的分析或常见仪表的结构、使用也是常见考题。这样既可强化其专业意识，也可提高学生对电磁学的重视程度，增加学习动力。

2高等数学知识准备不足

摘要：以桂中正在施工的高山移动通信基站工地遭到雷击案例，阐述高山通信基站施工现场雷击事故的电场原理，雷电对人体造成伤害的原因，提出避免雷电伤害的防范措施。

关键词：高山通信基站，雷击，电场，防范措施

2020年5月16日13：50，桂中某正在施工的高山移动通信基站（北纬24º14'，东经108º48'）建设工地遭到雷击，致使两个施工人员受伤昏迷倒地，其中：一人（称为甲）左手臂和左脚大母指、二指、三指、四指的指背到脚背一片区域的皮肤受到灼伤；另一人（称为乙）左手掌和左脚后根往上约3cm处受到灼伤，背部受到擦伤。事发当时天气为多云，工地上方有云，有阳光，没有下雨。当时移动通信基站的杆式铁塔（称为杆塔）已经立好，用钢绞线做材料与杆塔没有绝缘的三方拉线（称为拉线）也已经安装固定好，正在进行地线施工、基站设备基座浇灌水泥浆、拉线涂防锈漆等工作，现场施工人员5人。约13:50现场人员突然听到一声雷响，正在进行基站设备水泥底座施工的施工员甲和正在给杆塔拉线涂防锈漆的施工员乙同时昏迷倒下，几分钟后清醒，乙可自行下山，甲需要他人搀扶才能下山。送到医院后诊断为：除乙的背部擦伤属摔伤外，甲、乙的其他受伤部位均属电击灼伤，结合当时现场的情况可以确定为雷击伤害。

1事故发生的静电场原理

雷雨云静电场的形成。桂中地区5月已经进入雷雨季节，虽然事发当时还出太阳，但工地上方有云，根据当时的照片来看，工地上方的云就是积雨云。积雨云在外电场、重力和大气剧烈运动的同时作用下，云团内部降水粒子（大粒子）和云粒子（小粒子）因感应起电、温差起电、破碎起电等起电机理而生产带有正、负电荷的带电离子。在空间电场力和重力的共同作用下，这些带电离子定向垂直移动，使云团上部和下部分别积累两种不同的电荷：正电荷和负电荷，云团内产生分层电荷，形成产生雷电的雷雨云。研究表明，雷雨云上部为正电荷区，下部为负电荷区。带电荷的雷雨云会静电感应出一个带相反电荷的地面阴影，即下部带负电荷的雷雨云与带正电荷的地面形成一个静电场[1]。雷电发生的电场分析。（1）雷电发生前的静电场分析。该事故现场的山头就是电场的地面凸起部位，山顶附近的电场会比地面上的电场要强得多。由于该杆塔底座和拉线底端全部都打在石灰石上，石灰石为绝缘体，而且杆塔、避雷针、拉线均没有接地线，所以整个杆塔与大地是绝缘的。这时候的整个杆塔就相当于放置在雷雨云与山头之间静电场中的一个导体，在静电场的作用下，杆塔上避雷针顶端感应出与雷雨云相反的正电荷，杆塔和拉线底部感应出与地面相反的负电荷。甲乙两个施工员分别在铁塔的两条拉线下施工，脚上穿了绝缘鞋，也相当于两个导体分别放置于两条拉线下端与山头地面之间形成的静电场中，同样感应出上正下负的感应电荷。（2）雷电形成分析。当甲施工员完成塑料薄膜的铺盖站起来时，由于左手上臂与铁塔拉线突然靠近，根据电场强度的计算式：E＝Q×er/(4πε0r2)[2]，电场强度E与距离r的平方成反比，随着带感应正电荷的甲左手上臂与带感应负电荷的拉线下端的靠近，它们之间形成的电场强度就会急剧增加。当电场强度超过空气的击穿强度3×104V/cm时，甲左上手臂与拉线之间的空气被电击穿，空气被电击穿后就会形成良导体，这时整个杆塔与甲的身体就连通成了一个导体。根据导体在静电场中的静电平衡原理，导体是一个等电势，这时甲的脚与大地之间的电势差就是原来拉线（杆塔）底端与大地之间的电势差（假设为U1），由于刚浇灌了水泥浆的设备基座与埋在其中间的地线形成较好的导体连接并接入大地，所以，甲的脚与设备基座之间的电势差就是U1。根据电场强度E与电势差U之间的关系E＝U/d，当电势差U不变时电场强度与距离d成反比，这时甲的左脚与设备基座之间的电场强度就会突然增大。由于甲穿着绝缘鞋，绝缘鞋的橡胶鞋底不容易被击穿，而此时绝缘鞋布面已经湿了，鞋面的绝缘效果基本失效，当甲的左脚与设备基座之间电场强度超过空气的击穿强度3×104V/cm时，左脚背与设备基座之间的空气被击穿，形成导体。这时杆塔、甲的身体通过击穿了的空气所形成的导体接入到大地，大地与杆塔的避雷针顶部形成了等电势，铁塔的避雷针顶部与雷雨云之间的电势差就是大地与雷雨云之间的电势差，杆塔高度18m，避雷针长度1.5m，就相当于大地与雷雨云之间的电势差不变，距离突然减少约19.5m，电场强度突然增大，特别是避雷针顶部尖端对电场的局部加强作用，使靠近避雷针顶部尖端的电场强度超过空气的击穿强度3×104V/cm而发生击穿，并以电子崩的方式形成雷雨云与大地之间放电的通路，形成打雷。（3）雷击伤害事故发生的原因分析。雷电是一个自然现象，如果掌握它的规律做好预防是不会受到伤害的。该伤害事故之所以发生，主要原因是杆塔和避雷针下引线没有接保护地线，使得雷雨云与大地之间的放电不能直接通过避雷针和保护地线来完成，而通过电击穿空气，经过人的身体来完成。

2避免高山通信基站施工工地被雷击伤害的措施

摘要：垂直铺塑防渗帷幕作为水利水电工程堤坝防渗的一种新技术，经过几十年的不断探索与改进，该技术日臻成熟。文章使用垂直铺塑防渗帷幕质量无损检测方法是：沿防渗膜两侧布设两排电极，保持对应电极的连线与防渗膜垂直，一侧供电，另一侧进行测量，完成后改变电极与防渗膜的布设重新测量（扫描测量），得到防渗膜分布位置的视电阻率分布剖面。结果表明，该种无损测量方法既能保证工程的完整性，又能全面快速获取防渗帷幕埋深、搭接质量、破损位置等参数，具有很大的优越性。

关键词：垂直铺塑防渗帷幕；防渗膜；质量检测

垂直铺塑防渗帷幕在水利水电工程中的应用日益广泛，该技术主要通过开槽机械，在防渗线开挖固定尺寸的沟槽（宽度为0.15～0.30m、深度≤20m），并利用泥浆护壁，通过人工将辅助机械置入槽内土工膜，并利用砂土回填，以形成防渗膜+泥浆的防渗体。该技术既可以充分利用防渗膜的隔水性能，又充分利用了防渗体的柔性，整体性好，防渗效果优，且施工简便、适应性强。垂直铺塑防渗帷幕施工中，必须保持开槽和铺塑速度一致，若两项工作速度不一致，则会引起塌坑和防渗膜卷底，甚至会出现砂砾层划破防渗膜，防渗膜接缝处接合不紧密等现象。诸如此类的隐患必须及时进行检测和处理，如遇地下水位上涨，水头压力便会在防渗膜破损部位集中，进而造成集中渗漏，导致垮坝，这充分说明，防渗膜如果布设不当反而会成为堤坝隐患。当前，常用的垂直铺塑检测方法是测压管法、施工中堤坝内外水位观测判断法及大开挖直接观察法。前两种方法属于宏观定性检测法，对防渗膜铺设中可能出现的质量问题检测不全面；第三种方法属于微观定量检测法，能较全面、具体地检测防渗膜铺设问题，但是受到地下水位限制，经济性、安全性较差。所以寻找一种既能检测垂直铺塑防渗膜施工质量，又能对其运行情况进行全面检测的方法就显得尤为重要。

1垂直铺塑防渗帷幕物理力学特征

1.1防渗帷幕对静电场的影响

1.1.1室内数值模拟试验