maxwell作业——尖端放电现象以及尖端尺寸对放电的影响

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1、尖端放电现象以及尖端尺寸对放电的影响电子专业张卓范泰安周艳飞-13-尖端放电现象以及尖端尺寸对放电的影响原理解释处于静电平衡状态的导体，导体内部没有电荷，电荷只分布在导体的外表面(这是因为，假设导体内部有电荷，导体内部的场强就不可能为零，自由电荷就会发生定向移动，导体也就没有处于静电平衡状态)；在导体表面，越尖锐的位置，电荷的密度(单位面积的电荷量)越大，凹陷的位置几乎没有电荷(关于这一点，不妨设想一个极端情况的例子：一枝缝衣针，带电后由于同种电荷相互排斥，电荷自然要被“挤”到针的两端)。导体尖端的电荷密度很大，附近的场强很强，空气中残留的带电粒子

2、在强电场的作用下发生剧烈的运动，把空气中的气体分子撞“散”，也就是使分子中的正负电荷分离。这个现象叫做空气的电离(ionization)。中性的分子电离后变成带负电的自由电子和失去电子而带正电的离子。这些带点粒子在强电场的作用下加速，撞击空气中的分子，使它们进一步电离，产生更多的带电粒子。那些所带电荷与导体尖端的电荷符号相反的粒子，由于被吸引而奔向尖端，与尖端上的电荷中和，这相当于导体从尖端失去电荷。这个现象叫做尖端放电。避雷针是利用尖端放电避免雷击的一种设施。它是一个或几个尖锐的金属棒，保持与大地的良好接触。当带电的雷雨云接近建筑物时，由于静电感

3、应，金属棒出现与于云层相反的电荷。通过尖端放电，这些电荷不断向大气释放，中和空气中的电荷，达到避免雷击的目的。尖端放电会导致高压设备上电能的损失，所以高压设备中导体的表面应该尽量光滑。夜间高压线周围有时会出现一层绿色光晕，俗称电晕，这是一种微弱的尖端放电。建立模型圆弧尖端模型三角尖端模型仿真步骤打开Maxwellsv，新建Maxwell2D工程。slover选择Electrostatic；Drawing选择XYPlane。-13-1.绘制模型用画曲线，用Object→Polyline画直线和折线。定义：三角尖端模型为one，红色；圆弧尖端模型为tw

4、o，红色；水平板为ground，褐色；2.设置材料两个尖端和平行板材料均选为铜。选中object，在Material栏中选择copper，然后左击Assign。-13-1.设置激励源点击Edit>Select>Object>ByClicking；选中要编辑的物体。点击Assign>Souce>Solid,名称source1出现在Boundary栏中。在图形下方“charge”和“voltage”选voltage,然后将Value中的设为100000V。点击Assign。按上述步骤设定one和two的电压为100000V，设定ground的电压值为0

5、V。-13-1.设置边界条件气球边界模拟无限大的求解区，可以有效地隔绝模型外的电荷源或电压源。有两种类型的气球边界条件：Charge；Voltage。其中Charge模拟无限远处的电荷与求解区内的电荷想匹配，强制净电荷为零。Voltage模拟无限远处电势为零，实际上可以模拟静电绝缘系统。在大多数情况下，指定Voltage类型的气球边界与指定Charge类型的气球边界所得结果非常类似，但在实际上无穷远出的电荷并不与求解区内的电荷相匹配，故选择Charge类型。在图形显示区域中点击背景中的任意一个位置，以选中整个区域的边界。点击Assign>Bound

6、ary>Balloon。在Boundary栏中出现balloon1。在图形显示区域下方选择Charge。点击Assign。-13-1.定义选项在“ExecutiveCommands”窗口中点击SetupExecutiveParameters>Matrix,出现CapacitanceMatrixSetup窗口。将两尖端定义为SignalLine，将平板定义为：Ground。如定义尖端：a)在“object”栏中点击“one”和“two”。b)选择“Inculdeinmatrix”。c)选择“SignalLine”,然后点击Assign。2.点击“sl

7、ove”，运行。-13-1.查看求解场图电场分布图点击菜单栏中的plot—Field—magE—Surface-all-—-all-，点击ok。显示电场强度的幅值分布情况。能量分布图点击菜单栏中的plot—Field—Energy—Surface-all-—-all-，点击ok。显示能量的幅值分布情况。-13-电压分布图结论从电场分布图中我们可以看出，无论是哪种尖端模型，电场都集中分布在导体表面，并且在尖端处明显要比其他位置集中。圆弧尖端模型在尖端处的电场强度比三角尖端模型要大，但三角尖端模型的电场在尖端处更为集中。-13-从能量布图中我们可以看

8、出，能量只集中分布在导体尖端附近，圆弧尖端模型在尖端处的能量比三角尖端模型要大，但三角尖端模型的能量大的范围更广。所以在导