
【电】 voltage gradiant
tension; voltage
【化】 voltage
【医】 electric tension; voltage
【计】 graded
【化】 gra***nt
【医】 gra***nt
电压梯度(Voltage Gradient)是电学中的重要概念,指单位距离内的电压变化量,其物理本质等同于电场强度(Electric Field Intensity)。以下是详细解释:
汉英对照
$$ E = -frac{Delta V}{Delta d} $$
其中 ( E ) 为电场强度(V/m),( Delta V ) 为电压差(V),( Delta d ) 为距离(m)。负号表示电场方向指向电势降低的方向。
工程意义
电压梯度直接反映电场的强弱,决定绝缘介质中的电场分布。高梯度区域易引发电晕放电或绝缘击穿,是高压设备(如输电线路、变压器)设计的关键参数。
电力系统安全
国际电工委员会(IEC)规定,人体安全接触的电压梯度限值为10 kV/m(短期暴露)。超过此值可能引发感应电流危害。
示例:高压输电线路下方需控制地面梯度 ≤ 5–10 kV/m,避免公众区域电击风险。
绝缘材料设计
绝缘介质的击穿强度常以kV/mm 表示(如变压器油击穿梯度约 20 kV/mm)。工程师需确保设备内部最大电场强度低于材料耐受极限。
国际标准
学术文献
第 2 章详细分析电场梯度与介质击穿的关系。
参数 | 符号 | 单位 | 典型应用场景 |
---|---|---|---|
电压梯度 | ( E ) | V/m | 电场强度计算 |
安全限值 | - | kV/m | 公众区域电场控制 |
介质击穿强度 | ( E_b ) | kV/mm | 绝缘材料选型 |
注:实际工程中需通过有限元分析(FEA)精确模拟复杂结构的电压梯度分布。
电压梯度(Voltage Gradient)是描述电场中电势(电压)随空间位置变化的物理量,其核心含义为单位距离内的电压变化,通常用于分析电场分布特性或材料中的电势差影响。
数学表达式:
电压梯度在均匀电场中可表示为:
$$
text{电压梯度} = frac{Delta V}{Delta d}
$$
其中,(Delta V) 是两点间的电压差,(Delta d) 是两点间的距离,单位为伏特每米(V/m)。
与电场强度的关系:
在静电场中,电压梯度等同于电场强度 (E),即 (E = -
abla V)(负号表示电场方向指向电势降低的方向)。
电气工程:
高压电缆或绝缘材料的设计需控制电压梯度,防止局部电场过强导致击穿。例如,电缆绝缘层厚度需根据最大允许电压梯度计算。
生物电现象:
神经细胞膜内外的电压梯度驱动离子流动,形成动作电位传播(如神经信号传递)。
地球物理勘探:
自然电场中的电压梯度可用于探测地下矿藏或水文地质结构。
电压梯度直接影响电荷受力((F = qE))和能量分布,是电路设计、材料科学及生物电研究中的核心参数。
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