恒流条件下导线上电场及电荷分布分析

通过公式推导以及范例分析了恒流条件下导线内部及表面上的电场与电荷分布情况,同时计算与估算了一下电场与电荷密度的数量级。给出一个清晰的认识。     

谈稳恒载流导线周围的电场

本文对稳恒载流导线周围的电场存在与否的“条件”问题作了较详尽的讨论,并明确指出什么条件下稳恒载流导线周围存在电场,什么条件下又不存在电场.     

一种输电线路电场计算中导线内模拟电荷的优化设置方法

模拟电荷法(charge simulation method, CSM)是计算输电线路周围电场的常用数值方法。为了实现导线内模拟电荷的最优设置并提高电场计算精度,提出了一种被称为分布圆半径优化法的导线内模拟电荷的优化设置方法:在每相等效导线的同心圆上均匀设置4根模拟线电荷,以校验点电位误差为适应值函数,利用一种粒子群优化模拟电荷法(particle swarm optimization charge simulated method, PSOCSM)搜索得到使适应值最小的模拟电荷分布圆的半径。导线表面的电位校验结果显示:分布圆半径优化法的校验点电位平均相对误差比中心单根法(等效导线的中心设置1根模拟线电荷)的误差小2个数量级。利用对应的模拟电荷组进行电场计算,结果表明:相较中心单根法,采用分布圆半径优化法的模拟电荷组计算的21个地面测点的电场值更接近COMSOL仿真值。可见分布圆半径优化法能有效实现导线内模拟电荷的最优设置并提高电场计算精度。     

接地导体上的感应电荷

在电场的作用下,处在电场中的接地导体上,一般会产生感应电荷,感应电荷的大小与场源电荷的大小,导体的形状及导体与场源电荷的相对位置等因素有关。在电磁学和电动力学中,可根据具体问题采用不同的方法,求出导体上感应电荷的大小。本文给出一种用互易定理求接地导体上感应电荷的方法。设有一组导体,所带电荷分别为Q_1、Q_2、…Q_n,这些电荷在各导体上产生的电势分别为     

稳恒电路中导线面电荷密度的计算和讨论

(一)稳恒电场的建立稳恒电流是由稳恒电场产生的。在稳恒条件下,均匀导线中的电荷既不堆积也不减少,导线内部无宏观电荷存在;但导线表面却有一定的宏观电荷分布。这一点是理解稳恒电场的一个关键问题。稳恒电流是静电力和非静电力共同作用的结果。但仅在电源内部才有非静电力。它使正负电荷分别堆积在不同的极板上,直到此电荷建立的静电势与非静电势达到动态平衡为止。极板上堆积的电荷在周围空间要激发电场。当用导线连通时,导线中的自由电     

恒定电流密度分布与霍耳电场

研究了恒定电流场中电流密度沿导体径向的分布和霍耳电场产生的机理及作用,结果表明,沿径向载流子密度增大、载流子定向运动速度增大,载流子在晶格势场中的能态逐步升高;无论在载流的导体内还是在处于超导载流态的超导体内都存在着径向的霍耳电场;霍耳电场的存在是载流子力学平衡的必备条件,霍耳电场关于径向的线积分是载流子在晶格势场中能量增量的量度.霍耳电场与电流磁场的坡印亭矢量表示了电流能量的传输方向,同时证明了焦耳热来源于载流子在晶格势场中的能态变化——从高能态向低能态跃迁,它可以用导体内的轴向电场和电流磁场的坡印亭矢量来表示,导体外表面附近的电场来源于载流子的运动状态变化,而不是直接来自于电源.用处于载流超导态的超导体不存在轴向电场的事实,说明了载流导体内的轴向电场并不是稳定分布的电荷产生的.     

导体表面上的电磁场研究

在静电场中,对均匀带电导体表面的电场分布规律和在稳恒电流的磁场中均匀载流导体表面的磁场分布规律都没有深入研究,因此在对导体表面上的电磁场问题处理时往往容易与其表面附近的场混淆而出现错误。针对上述存在的问题,结合均匀带电导体球面、均匀带电导体柱面及均匀载流导体柱面的实例,用基本的计算方法求出正确结论,并与其表面的场加以区别。该问题对研究电磁场问题有一定的指导作用。     

导线内部电场与电荷密度分析及研究

导线表面电荷的分布是不均匀的,各点电场强度的大小也不同。采用表面电荷法计算导线表面的电荷密度,然后求出导线表面各点的最大电场强度值。通过计算方法能够反映出电荷密度及电场强度沿导线圆周分布的情况,同时估算了一下电荷密度的数量级。     

稳恒电流电路中的两个问题

通过对稳恒电流经过两种不同材料的导线交界面和改变导线方向时导线内部电场调整的讨论，解释了在上述两种情况下电荷的分布．     

安培力的经典微观机制解释

提出一种安培力产生微观机制的新解释.安培力产生的微观机制是:在稳定电流情况下,磁场中的载流导线内部形成稳定的霍尔电场,稳定霍尔电场区内的电子受力平衡,负电荷层的电子通过反约束将力传给导体;导体晶格受到各部分霍尔电场的力直接作用于导体,所有这些力的合力,即表现为载流导线的宏观安培力,即安培力是霍尔电场对导体内全部晶格的作用力和载流电子通过反约束作用于导体的力的合力的宏观表现.     

带电长直薄板长直剖圆柱面外的电势电场

本文主要通过带电长直薄板和长直剖圆柱面的电势、电场计算和讨论,加深了对导体表面电荷分布规律的认识,并指出了曲率相同的导体,表面电荷面密度分布不一定均匀。假设带电体表面均匀带电,运用积分求电势、电场分布的方法,实际意义不大。因此本文在分别求解电荷均匀分布条件和等势面条件下的电势、电场分布后。作出了必要的比较和说明。     

孤立民导体凹凸型尖端表面电荷与电场分布

从电荷分布的微观解释和导体表面电场的特性出发,对孤立民导体凹凸形尖端处表面电荷与电场分布进行了定性分析;根据此带电导体的等势面与电力线正交的特征,给出了此带电导体尖端处的表面电荷与表面电场间的定量关系式,并进行了讨论。     

考虑可移动电荷的双栅隧穿场效应晶体管电流模型

为了解决隧穿场效应晶体管(TFET)在强反型区表面势和漏电流精度下降的问题,建立了一种考虑可移动电荷影响的双栅TFET电流模型。首先求解考虑可移动电荷贡献的二维电势泊松方程,推导出表面势、电场的解析表达式;然后利用求得的电场表达式和Kane模型得到载流子的隧穿产生率;最后利用切线近似法计算隧穿产生率在隧穿区域的积分,建立了漏电流的简洁解析模型。利用器件数值仿真软件Sentaurus在不同器件参数下对所建模型进行了验证,仿真结果表明:考虑可移动电荷的影响能够提高强反型区漏电流模型的精度;在相同器件参数条件下,考虑可移动电荷的模型比忽略可移动电荷的模型精度提高了20%以上。     

孤立带电导体凹凸形尖端表面电荷与电场分布

从电荷分布的微观解释和导体表面电场的特性出发,对孤立带电导体凹凸形尖端处表面电荷与电场分布进行了定性分析;根据此带电导体的等势面与电力线正交的特性,给出了此带电导体尖端处的表面电荷与表面电场间的定量关系式,并进行了讨论.     

对带电导体表面上的场强和场力的讨论

本文把点、面两电荷模型结合,用挖补法把受力电荷,与场源电荷分离讨论。并用体电荷模型讨论两结果相同。这样更能直接看到电场和场力的起因和本质。     

用镜像法理论研究带电体电场分布

1 泊松方程求解静电场的困难 给定区域V内的电荷分布ρ,给定区域边界S上的电势ф|·或作为区域边界的导体所带的总电荷,由唯一性定理可知,在边界条件下,求解泊松方程△~2ф=-ρ/ε,即可唯一地确定电场。 然而问题并非这样简单,因为电场和电荷是相互作用的统一体。电荷在空间产生电场,电场又作用在电荷上,使电荷发生运动,从而使电荷密度在空间发生变化,因此泊松方程也就复杂了。自由电荷只分布在某些导体的表面,空间中没有其它电荷,选择导体表面作为区域的边界,区域的电荷密度ρ=0,泊松方程变为拉普拉斯方程△~2ф=0,它是容易据边界条件求解的。上述是一种最简单的电荷分布,对于复杂些的电荷分布,比如在上述电荷分布     

封闭导体壳内外静电场的研究

从概率论的角度出发，讨论了任意形状的封闭导体壳内外的静电场，发现壳内电荷及内壳表面上的内表面之外的电荷在内表面之外的任一点激发的总电场为零，壳外电荷及外壳表面上的电荷在外壳表面之内的任一点激发的总电场为零。     

对安培力机理的分析

安培力是电磁学中一个重要的物理概念。在电磁学教材中对安培力机理只作简单的叙述:(1)导线受的安培力就是作用在各自由电子上洛仑兹力的宏观表现。虽然这个力作用在金属内的自由电子上,但是自由电子总是与金属的晶体点阵不断碰撞的,自由电子获得的动量最终都会传递给金属的晶格骨架,宏观上看起来将是金属导线本身受到这个力。(2)磁场中的载流导体内的每一定向运动的电荷,都要受到洛仑兹力。由于这些电荷受到导体的约束,而将这个力传递给导体,表现为载流导体受到的一个磁场力,称为安培力。     

电荷守恒定律探讨

本文应用麦克斯韦方程推导电荷守恒定律,并研讨与电荷守恒定律有关的物理问题:恒定电场、基尔霍夫定律等。     

关于金属导线中直流电能的传输

研究了金属导线中的电磁能流分布问题,提出不同于传统电磁学教科书的观点。理论分析和实验表明:在直流电路中金属导线的分界面,外部的静电场沿导线的纵向分量与内部的稳恒电场并不严格相等。在金属导线外面的空间,坡印廷矢量仅仅是一个数学定义,没有形成真实的能流,所以没有电磁能流从金属导线外部传输到导线内部,而直流电能完全是在金属导线内传输的。