[实用新型]一种均匀半空间平面电场分布特征实验装置

说明书

本实用新型公开了一种均匀半空间平面电场分布特征实验装置，属于电场实验技术领域，解决了现有技术对于趋肤效应的实验演示并不完整，并且缺少具体实验对等势面进行解释说明的问题，既能绘制出等势面，让使用者加深对等势面原理的理解，又可以比较准确测量趋肤效应的电流分布情况，让使用者清楚当在均匀半空间介质中供交流电的时候趋肤效应的具体状态。

技术领域

本实用新型属于电场实验技术领域，具体涉及一种均匀半空间平面电场分布特征实验装置的设计。

背景技术

现阶段在传授等势面方面的知识时，都是采用文字的形式利用电势、等势面、场强等基本概念来扩展，并进行相关计算，并未有具体实验来解释说明，我们只能通过枯燥乏味的文字来进行了解。

当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小，结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应。

现有关于趋肤效应的实验装置如图1和图2所示，其包括两支在底部中央打有小孔的圆形铁筒，外半径为6cm，内半径为5cm；两根与铁筒高度相同且横截面较小的铁质圆杆，可固定在铁筒内底部；绝缘固定支架，用于固定铁筒及铁杆；3个完全相同的小电珠；干电池。根据该实验装置进行趋肤效应的实验方法为：

(1)实验演示前首先将插头1和插头2接于干电池两端，可见3个小电珠亮度基本相同，由于3个小电珠相当于通过铁筒和铁杆并联在插头1和插头2两点，这一现象不难理解。

(2)实验演示开始时，插头1和插头2两端接于交流电源，A灯暗，B灯和C灯稍亮，即发生了比较明显的趋肤效应现象。

现有的趋肤效应实验装置具有以下不足之处：

(1)没有表现出趋肤效应会因为交流电频率的升高而加剧，仅仅对比了直流状态与某种特定频率的交流电供电状态下灯的亮度的差异，没有涉及到趋肤效应所提到的随着交流频率的升高，电流分布会愈加趋向于导体表面。

(2)现有的趋肤效应实验装置中，铁杆和铁桶之间是绝缘的，实际上是一种非常特定的导体的状态，没有演示出在一块整体性的导体中的电流分布状态。严格来讲，与趋肤效应的前提条件(应该采用一段相互连通的导体)并不相符。

因此，现有的趋肤效应实验装置对于趋肤效应的演示并不准确。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术对于趋肤效应的实验演示并不完整，并且缺少具体实验对等势面进行解释说明的问题，提出了一种均匀半空间平面电场分布特征实验装置，既能绘制出等势面，又可以比较准确测量趋肤效应的电流分布情况，让使用者既可以加深对等势面原理的理解，又可以清楚当在均匀半空间介质中供交流电的时候趋肤效应的具体状态。

本实用新型的技术方案为：一种均匀半空间平面电场分布特征实验装置，包括实验板、第一电源、第一铜电极、第二铜电极、电磁铁、第二电源、万用表、第一电笔和第二电笔；实验板为长方体结构，第一铜电极和第二铜电极均从实验板的顶面插入实验板中，第一电源的正、负两级分别与第一铜电极和第二铜电极连接；电磁铁至少为两块，每块电磁铁均包括两根线脚，第二电源的正、负两级分别与每块电磁铁的两根线脚连接，两块电磁铁分别贴合设置于实验板的正面和背面，且两块电磁铁与实验板贴合的一面极性相反；万用表通过与其连接的第一电笔和第二电笔直接接触实验板的正面，用于测量第一电笔和第二电笔之间的电压。

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供的均匀半空间平面电场分布特征实验装置既能绘制出等势面，让使用者加深对等势面原理的理解，又可以比较准确测量趋肤效应的电流分布情况，让使用者清楚当在均匀半空间介质中供交流电的时候趋肤效应的具体状态。