一种静电场同步打孔描绘实验装置及实验方法与流程

本发明涉及教学实验装置，具体是指一种静电场同步打孔描绘实验装置及实验方法。

背景技术：

1、表征电场特性的两个基本物理量是电场强度和电势,为了形象地表示静电场,常采用电场线和等位线来描绘静电场，电场线与等位线处处正交,因此有了等位线的图形就可以绘出电场线的分布图。

2、由电磁学理论可知,无自由电荷分布的各向同性均匀电介质中的静电场的电势、与不含电源的各向同性均匀导体中稳恒电流场的电势,两者所遵从的物理规律具有相同的数学表达式，在相同的边界条件下,这两种场的电势分布相似,因此只要选择合适的模型,在一定条件下用稳恒电流场去模拟静电场是可行的；

3、对于一般的或较复杂的电极系统通常稳恒电流场(水槽法)，用探测笔探测电极模型等位点的分布，再目测各等位点的坐标，在另外坐标纸上找相同坐标点作标记，测许多点后再绘制等位线，此方法存在精度低，探测笔易晃动和深浅不一，误差大，找坐标较麻烦的缺点。为此，提出一种静电场同步打孔描绘实验装置及实验方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种结构简单、易于操作、能较为真实地描绘模拟静电场分布的静电场同步打孔描绘实验装置。

2、为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案一种静电场同步打孔描绘实验装置，其特征包括平台、安装在平台上的电极模型水槽盒、安装在平台上的二维移动架以及组合仪；所述电极模型水槽盒包含采用透明材质制成的透明水槽以及采用耐腐蚀金属制成的剖面模拟电极；所述的二维移动架包含固定在平台边缘的前后导轨、连接在前后导轨上的滑块一、连接在滑块一上的左右导轨、连接在左右导轨上的滑块二，滑块二上安装有同步板，同步板前端安装有探针座，后端安装有打孔电磁铁；所述的探针座上安装有探针，所述的打孔电磁铁上安装有打孔针。

3、进一步优选的，所述的组合仪由稳压电源、探针电压表、等位电压表和打孔控制器组成；所述稳压电源采用精准稳压电路模块，包含稳定电压调节器和数字电压表显示，输出电压施加剖面模拟电极上。

4、进一步优选的，所述的探针电压表采用高输入电阻数字电压表，一端通过连接线连接探针，另一端接稳压电源负极。

5、进一步优选的，所述的等位电压表采用数字电压表。

6、进一步优选的，所述的打孔控制器由双限电压比较器、单稳态电路、等位电压调节器、探针电压表、功率三极管、二极管一、二极管二、led灯和电阻一、电阻二、电阻三、电阻四、电阻五、电阻六、电阻七组成。

7、进一步优选的，所述的前后导轨和左右导轨采用多滚珠结构的直线滑动导轨。

8、一种静电场同步打孔描绘实验装置的实验方法，其特征在于：所述的实验方法如下：

9、a. 显示探测电压和设定等位电压：探针电压表显示一个探测电压，根据探测电压调节设定一个等位电压；

10、b. 设定参比电压：等位电压调节器连接稳压电源正极，调节至探针电压表与等位电压表显示的探测电压数字相同，从而设定了参比电压；

11、c. 找寻等势位点：移动探针，探测电压变化，一旦显示的探针电压与设定的等位电压相同，即找到了一个等势位点后停止移动探针；

12、d. 打孔记录：打孔电磁铁带动打孔针进行动作而在记录纸上打孔；

13、e. 等位线绘制：然后重复若干次c和d步骤，在记录纸上打上多个孔后将孔进行描绘，画出一条等位线；

14、f. 若干等位线绘制：改变等位电压后后重复若干次b-e步骤后完成若干条等位线的绘制；

15、g. 电场线绘制：然后根据若干条等位线绘制电场线，电场线绘制完成后即形象地展示所用电极模型的静电场分布图。

16、本发明的有益效果：

17、实验时探针竖直在电极模型水槽盒的水中移动，找到等电位自动打孔记录，存在晃动和深浅变化，找寻等势位点容易，正确，描绘静电场容易且正确；

18、二维移动架的采用直线滑动导轨，轻松同步移动探针和打孔电磁铁，装置结构新颖，紧凑合理；

19、实验时，只需换不同电极模型的透明水槽盒就进行多种不同电极模型的测量描绘静电场实验，适用范围广。

技术特征：

1.一种静电场同步打孔描绘实验装置，其特征包括平台（1）、安装在平台（1）上的电极模型水槽盒、安装在平台（1）上的二维移动架（22）以及组合仪（14）；所述电极模型水槽盒包含采用透明材质制成的透明水槽（2）以及采用耐腐蚀金属制成的剖面模拟电极；所述的二维移动架（22）包含固定在平台（1）边缘的前后导轨（5）、连接在前后导轨（5）上的滑块一（6）、连接在滑块一（6）上的左右导轨（7）、连接在左右导轨（7）上的滑块二（8），滑块二（8）上安装有同步板（4），同步板（4）前端安装有探针座（23），后端安装有打孔电磁铁（9）；所述的探针座（23）上安装有探针（10），所述的打孔电磁铁（9）上安装有打孔针（20）。

2.根据权利要求1所述的一种静电场同步打孔描绘实验装置，其特征在于：所述的组合仪（14）由稳压电源（11）、探针电压表（13）、等位电压表（12）和打孔控制器（36）组成；所述稳压电源（11）采用精准稳压电路模块，包含稳定电压调节器（16）和数字电压表显示，输出电压施加剖面模拟电极上。

3.根据权利要求2所述的一种静电场同步打孔描绘实验装置，其特征在于：所述的探针电压表（13）采用高输入电阻数字电压表，一端通过连接线连接探针（10），另一端接稳压电源（11）负极。

4.根据权利要求2所述的一种静电场同步打孔描绘实验装置，其特征在于：所述的等位电压表（12）采用数字电压表。

5.根据权利要求2所述的一种静电场同步打孔描绘实验装置，其特征在于：所述的打孔控制器（36）由双限电压比较器（29）、单稳态电路（30）、等位电压调节器（17）、探针电压表（13）、功率三极管（35）、二极管一（31）、二极管二（34）、led灯（18）和电阻一（24）、电阻二（25）、电阻三（26）、电阻四（27）、电阻五（28）、电阻六（32）、电阻七（33）组成。

6.根据权利要求1所述的一种静电场同步打孔描绘实验装置，其特征在于：所述的前后导轨（5）和左右导轨（7）采用多滚珠结构的直线滑动导轨。

7.权利要求1-6任意一项所述的一种静电场同步打孔描绘实验装置的实验方法，其特征在于：所述的实验方法如下：

技术总结
本发明公开了一种静电场同步打孔描绘实验装置及实验方法，其特征包括平台、安装在平台上的电极模型水槽盒、安装在平台上的二维移动架以及组合仪；所述的二维移动架包含固定在平台边缘的前后导轨、连接在前后导轨上的滑块一、连接在滑块一上的左右导轨、连接在左右导轨上的滑块二，滑块二上安装有同步板，同步板前端安装有探针座，后端安装有打孔电磁铁。该发明实验时探针竖直在电极模型水槽盒的水中移动，找到等电位自动打孔记录，存在晃动和深浅变化，找寻等势位点容易，描绘静电场容易且正确；二维移动架的采用直线滑动导轨，轻松同步移动探针和打孔电磁铁，装置结构新颖，紧凑合理。

技术研发人员：乐培界,周小风,谢文明,王道卫
受保护的技术使用者：杭州精科仪器有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1