静电场描绘实验仪的主要误差分析

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年第４期　内蒙古科技与经济　５９　静电场描绘实验仪的主要误差分析　贾福荣　（内蒙古河套大学．内蒙古　临河　ｏ１　５０００）　中图分类号：０４４１．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１Ｏ０７—６９２１（２００２）０４一Ｏ０５９—０１　静电场描绘实验是传统的电磁学实验，因为静　电场中没有运动的电荷，不能使电表的指针偏转，如　果将带电体放在导电的介质里，维持带电体间电位　差不变，介质里便会有恒定不变的电流，这样，就可　用电压表测量介质中各点的电位值，再根据电位变　化的最大方向算出电场强度。用理论与实践证明，导　电介质里由恒定电流建立的电场（称为恒定电流场）　与静电场的规律完全相似。因此，在恒定电流场中测　量到的电位分布可应用到静电场中去，这种比拟方　法叫模拟法。　模拟法采用双层静电描绘实验仪。它是由外环　电极、导电纸、底盘内电极、接线柱、记录棒等组成，　配套电源是３０Ｖ一１Ａ稳压电源，电压输出为１ＯＶ。　用双层静电描绘仪做实验时，采用的是等臂法，上层　是有机玻璃板，板上放记录纸，下层有胶布底板，在　板上放导电纸，在记录纸和导电纸上各有一探针，通　过一个弹簧片将两探针固定在同一个手柄上。这样　上、下两层探针的运动轨迹是一致的，在下面找到所　测电位点，在上面则按探针扎孔为记。利用此装置主　要误差原因有以下几点：　导电纸作导电介质，实验误差较大。因为导电纸　中的自由电子在外加电场的作用下，作定向移动形　成电流，从而在导电纸中产生电流场，导电纸安装在　电极与电极固定板之间。电极与电极固定板之间是　光滑表面接触，导电纸安装时用固定中心电极的螺　钉与外电极四个螺钉穿过导电纸压紧，这种情况易　造成导电纸皱折和破损，实验误差大。这是因为导电　介质分布不均匀会导致导电介质内的电流密度不均　匀，从而使电流场的分布与有差异，并且导电纸本身　在出厂时就存２　左右的不均匀度。两电极与导电　纸不能良好接触，导电纸发生皱折，也是误差产生的　原因。　等臂探针的上下两臂弹簧片与探针很难用眼睛　调成一条直线（即上下对应），总会出现一些差异产　生误差。并且探针在导电纸上划动形成划痕（有时甚　至划破导电纸），直接影响导电纸的均匀度。　两探针在移动过程中，如果调得高些，向下按就　偏离了位置，如果调低又发生了偏折，使上层在记录　纸上按下的点与下层导电纸上记录的等位点不符。　在移动过程中手对加在电极两端的电压的影响　度是很大的，尤其是在接近中心电极的等位点６Ｖ，　８Ｖ时，很难确定一系列的等位点，容易把它们搞错，　直接影响测量结果。　模拟电极是同心圆柱体与　环，由于导电纸的　电导率与电极的电导率相比还不是足够小，以至于　外电极上接电源处于径向对称点（离电源最远处）有　０．８Ｖ左右的电压。因此，电表面应近似为等位面及　模拟电极系统与被模拟电极系统应有相同的边界条　件，这两个模拟条件得不到很好的满足。　用本仪器的实验数据及等位线图如下：　相对偏差　ｏ　９．８　９．３　６．５　１１．２　０　总之，要想使测量误差尽可能减少，必须从以上　几点进行改进，减小误差。　［参考文献］　［１］　大学物理实验　［２］　电大电磁学实验教材等　［３］　赵凯华．电磁学　收稿日期：２００２年２月２Ｏ日