Моделирование исследовательской установки

Последовательность выполнения работы:

1. Запускаем программу

2. Создаем новый документ, выбираем Электростатическую задачу, тип поля – Плоскопараллельное.

3. Чертим заданную схему, совмещая нижнюю границу рисунка с началом координат и осью Х .

4. Задаем границы

Для данной задачи граница рисунка (дуга с радиусом R) является открытой границей, нижняя граница и граница экрана – границами Неймана. Для границы рабочего проводника задаем тип с Постоянным напряжением, потенциал равен потенциалу рабочего проводника U.

5. Задаем материалы

- Для рабочего и контрольного проводников назначаем материал с относительной электрической проницаемостью ε , по осям, равной 10000 единиц.

- Для несущей стены – с относительной электрической проницаемостью ε , по осям, равной 3 единицам.

- Из библиотеки материалов добавляем материал окружающей среды - Воздух.

6. Строим картину поля.

7. Восстанавливаем модель и устанавливаем экран. Присваиваем экрану нулевой потенциал. Повторяем исследование модели с экраном.

Вопросы для самопроверки

1. Как изображается графически электростатическое поле?

2. Что подразумевается под понятием «электростатическая индукция»?

3. Как по картине поля определяются характеристики поля?

4. Объяснить принцип действия электростатического экрана и особенности экранирования в каждом из предложенных вариантов. От чего завист эффективность экранирования?

5. Может ли экран оказывать обратное действие, усиливая электростатическую индукцию?

Лабораторная работа № 2

Исследование плоскопараллельного электростатического поля

Цель работы:

виртуально: построение картины плоскопараллельного электростатического поля; исследование влияния на электростатическое поле заряженных и незаряженных тел

аналитически: анализ влияния диэлектрической проницаемости, диаметра, наличия или отсутствия заряда внесенного в поле тела на электростатическое поле.

Основы теории

При изучении теории обратить внимание на следующее.

Под плоскопараллельным электростатическим полем понимают поле, которое можно описать функцией двух координат. Примером таких полей является поле электрического кабеля. Если пренебречь краевыми эффектами, то к плоскопараллельному полю можно отнести поле конденсатора.

В настоящей работе исследуется равномерное плоскопараллельное поле создаваемое параллельными поверхностями. Вдали от краёв поверхностей краевые эффекты исчезают, поле становится равномерным. Равномерное плоскопараллельное поле достаточно характеризовать только вдоль одной координаты.

Плоскопараллельное электростатическое поле остаётся неизменным при введении в него незаряженных тел той же диэлектрической проницаемостью, что и основная среда.

Плоскопараллельное электростатическое поле изменяется при введении в него незаряженных тел с иной диэлектрической проницаемостью, чем основная среда. При этом поле внутри тела и вблизи него уже не становится равномерным.

При введении в электростатическое поле тел с диэлектрической проницаемостью большей, чем основная среда, наблюдается следующая картина. Поле внутри вводимого тела оказывается ослабленным по сравнению с исходным равномерным полем. Поле вне тела в направлении электрического потока оказывается усиленным. Среднее значение потенциала в центре не заряженного предварительно тела примерно соответствует потенциалу соответствующей точки в отсутствии исследуемого тела.

Если тело предварительно заряжено, то картина поля очень сильно усложняется. Степень нарушения картины поля при введении в него заряженного диэлектрического тела зависит не только от диэлектрических характеристик поля, но и от величины и знака заряда.

При введении в электростатическое поле тел с диэлектрической проницаемостью меньшей, чем основная среда, наблюдается обратная картина. Поле внутри вводимого тела оказывается усиленным по сравнению с исходным равномерным полем. Поле вне тела оказывается усиленным.

При введении в электростатическое поле металлических тел происходит максимальное нарушение однородности исходного электростатического поля. Указанное нарушение однородности поля может усиливаться наличием зарядов или потенциала инородного тела.

Рабочее задание

1. Начертить схему рис.1 в программе Фемм. Для заданного потенциала верхней границы U₁ (потенциал нижней границы принять равным нулю), и материала среды М₀ построить картину плоскопараллельного электростатического поля;

2. Поместить поочередно между пластинами три цилиндрических тела с радиусами R₁÷R₃ и материалами М₁÷М₃, для цилиндра из проводникового материала задать потенциал U_пров, провести исследования электростатического поля для каждого случая;

3. Дать анализ полученных графиков. Объяснить влияние радиуса тел, материала тел, наличие заряда, соотношения диэлектрических постоянных среды и тела.

4. На полученных графиках построить трубки электрического потока.

5. Все графики оформить в редакторе Word с соответствующими комментариями.

Модель лабораторной установки:

Рис.1

Здесь:

- расстояние между заряженными пластинами,

- ширина пластин,

- высота центра цилиндрического тела,

, , - радиусы тела.

Поиск по сайту: