7009

Исследование электрического поля между двумя электродами в полупроводящей среде

Лабораторная работа

Энергетика

Цель: Исследовать влияние формы электродов на картину поля, при изменении характеристик среды. Расчет электрических полей с помощью ЭВМ Для расчета электрических полей используем программу ElectField. В данной программе можно использовать электроды...

Русский

2013-01-12

962.5 KB

15 чел.

Цель: Исследовать влияние формы электродов на картину поля, при изменении характеристик среды.

Расчет электрических полей с помощью ЭВМ

Для расчета электрических полей используем программу ElectField. В данной программе можно использовать электроды следующих форм – игла, плоскость, наклонная плоскость или принять произвольную форму электродов. Также можно получить картину электрического поля для различных значений диэлектрической напряженности. Таким образом в ходе данной лабораторной работы мы изменяем форму электродов и относительную диэлектрическую проницаемость среды. Результаты заносим в таблицу 1.

Таблица 1 – Результаты измерений

Форма электродов

плоскость - игла

-97,271

8,169

53,797

-253,457

21,3

129,6

-461,2

48,56

265,8

плоскость - плоскость

-44,37

-24,27

37,27

-121,95

-60,3

77,82

-234,4

-98,38

162,5

наклонная плоскость - плоскость

-83,14

-8,095

25,277

-187,7

-23,83

61,41

-428,7

-44,1

111,7

произвольная форма

-758,83

-281,25

375,5

-1889,14

-712,1

930,8

-3774

-864,1

1904,8

Заданные координаты:  А (49,13); В (11,30.75); С (58,64.5)

Плоскость – игла   ():

Плоскость – игла   ( =2,5):

Плоскость – игла   (=5):

Плоскость – плоскость (=1):

Плоскость – плоскость (=2,5):

Плоскость – плоскость (=5):

Наклонная плоскость – плоскость (=1)

Наклонная плоскость – плоскость (=2,5):

Наклонная плоскость – плоскость (=5):

Произвольная форма (=1):

Произвольная форма (=2,5):

Произвольная форма (=5):

Экспериментальное получение картины электрических полей

для  различных форм электродов

Для экспериментального получения картины электрических полей используем лабораторную установку. Установка состоит из диэлектрического прямоугольного поддона, заполненного  кварцевым песком, на противоположных концах которого установлены крепления для съёмных электродов и зажимы для подачи напряжения на них. Для придания кварцевому песку полупроводящих свойств используется солевой раствор, которым увлажняют песок перед началом эксперимента. Набор электродов состоит из двух шаров, двух проводящих цилиндров и двух пластин. Напряжение на установку подается от сети 220 В. С помощью ЛАТРа, через рубильник подается напряжение на схему не больше 60 В. В работе  используют малопредельный вольтметр для определения точек с равными потенциалами и построения  эквипотенциальных линий.

Схема лабораторной установки

1 - поддон;

2 - мокрый кварцевый песок;

3 - крепления;

4 - электроды;

5 – ЛАТР

Формы электродов «Шар-шар»

        Напряжения в различных точках:

1 –  11,67

2 –  12,33

3 –  14,33

4 –  15,5

5 –  17,3

6 –  18,67

Формы электродов «Плоскость-плоскость»

                   

          Напряжения в различных точках:

1 –  8,67

2 –  13,67

3 –  16,67

4 –  19,67

5 –  21,67

Формы электродов «Цилиндр-цилиндр»

Напряжения в различных точках:

 

1 –  6,67

2 –  8,35

3 –  12

4 –  18,67

5 –  26,67

Формы электродов «Шар-плоскость»

 Напряжения в различных точках:

 

1 –  18,33

2 –  21,67

3 –  24,3

4 –  26

5 –  27,1

6 –  28,67

Формы электродов «Плоскость-цилиндр»

   Напряжения в различных точках:

 

1 –  25

2 –  19,33

3 –  14,67

4 –  12,67

5 –  7

 


Вывод:
в результате выполнения данной лабораторной работы были получены картины электрических полей для различных форм электродов. В первом опыте эксперименты проводились с помощью программы ElectField. При этом изменялась не только комбинация форм электродов, но и значения относительной диэлектрической проницаемости среды. При этом видно, что при увеличении относительной диэлектрической проницаемости среды плотность эквипотенциальных линий увеличивается. Во втором опыте были получены картины электрических полей экспериментальным путем. При этом изменялась только комбинация форм электродов. При формах электродов плоскость-плоскость и цилиндр-цилиндр эквипотенциальные линии располагались вертикально и были параллельны друг другу. При форме электродов шар-шар эквипотенциальные линии имеют формы дуг и при увеличении расстояния до электрода радиус дуги уменьшается. При формах электродов  шар-плоскость и плоскость-цилиндр эквипотенциальные линии расположены вертикально около электрода «плоскость», но при приближении к электроду шар или цилиндр эквипотенциальные линии принимают форму дуг, чей радиус увеличивается при уменьшении расстояния до электрода, имеющего форму тела вращения. Причем при форме электрода шар радиус дуги больше, чем при форме электрода цилиндр.