可视化静电场分布实验装置设计开发

宫吉祥，朱海丰，王华安，熊文琪，任志豪，金培健

(中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580)

静电场是物理学中的重要研究对象之一。通过对静电场的深入研究，了解其产生的本质机理，可以利用其某些特性进行实际应用。静电场概念抽象、理论性强并且难以直接测量。所以研究静电场不仅要求具备一定的空间想象能力，还需要较强的数学计算能力[1]。

在大学物理实验中，模拟法是测绘静电场的一种常用方法，该方法常采用稳恒电流场模拟，可测量得到模拟场中不同位置处的电势值，再对等电势点的描绘，获得模拟静电场的分布。此方法虽可模拟静电场分布，但实验现象不够直观，也难以对不规则带电体所产生的静电场进行测量。本实验装置利用高压电源对电极施加恒定高压，产生静电场，再以非导电物质为电场介质，放入可极化微物。极化微物在静电场中被极化之后，发生定向移动，运动结果直观显示静电场二维面上的分布情况。同时，使用arudino单片机作为控制装置，可提高实验的安全性和易操作性。

1 静电场与极化现象

静电场是存在于静止带电体周围空间一种特殊形式的物质。而电场线是为形象地描述电场分布，所引入的一些假想的曲线。曲线上每一点的切线方向和该点电场强度的方向一致。曲线密集的地方场强强，稀疏的地方场强弱。在该实验装置使用时，密集摆列的极化微物将与假想的电场线重合，直观显现电场分布[2]。

电解质一般情况下是不导电的，但在外加电场的作用下，电解质被极化[3]，分子电矩在不同程度上沿着电场方向排列。……