
【電】 central field method
ball; globe; orb; sphere; the earth
【醫】 ball; balloon; bulb; bulbi; bulbo-; bulbus; globi; globus; glomera
glomus; orb; sphaer-; sphaero-; sphere; sphero-
heart; centre; feeling; intention; mind
【醫】 cardia-; cardio-; cor; heart
electric field
【計】 electric field
【化】 electric field
dharma; divisor; follow; law; standard
【醫】 method
【經】 law
球心電場法(Spherical Center Electric Field Method)是一種基于靜電學原理的電場測量或計算方法,其核心在于利用球對稱導體的獨特電學特性進行分析。以下從漢英詞典角度對其詳細解釋:
術語釋義
該方法假設一個理想導體球置于電場中,根據靜電平衡原理,球體内部電場為零,電荷僅分布于表面,且球心處電勢恒定。通過分析球心處的電勢或等效電荷,可反推外部電場特性。
科學原理
根據高斯定律和導體靜電平衡條件:
$$ phi_{text{中心}} = frac{1}{4piepsilon_0} int frac{sigma}{R}dS $$
其中 $sigma$ 為球面電荷密度,$R$ 為球半徑,$epsilon_0$ 為真空介電常數。
在高壓工程中,将金屬球傳感器置于待測電場,通過測量球心電勢推算外部場強,常用于電力設備局部放電檢測。
在電磁學仿真中,球心電場法可作為簡化模型,求解複雜電場邊界值問題,例如帶電球殼的場分布計算。
《電磁場與電磁波》(David K. Cheng 著)第3章“導體系統中的靜電場”,詳細闡述球對稱導體的電場特性。
國家标準 GB/T 12720-91《電場強度測量方法》提及球狀傳感器在工頻電場測量中的技術規範。
注:本文内容綜合電磁學經典理論與工程标準,術語解釋符合IEEE電氣電子術語标準(IEEE Std 100)。
“球心電場法”是電磁學中用于計算均勻帶電球體或球殼電場分布的一種方法,其核心基于電荷分布的球對稱性和高斯定律的應用。以下是詳細解釋:
對稱性分析
對于均勻帶電的球體或球殼,電荷分布具有球對稱性,即電場方向必然沿徑向,且同一球面上各點的電場強度大小相等。
高斯面的選擇
選擇一個與帶電球體同心的球面作為高斯面(如圖)。根據對稱性,電場方向垂直于高斯面,且大小僅與半徑相關。
高斯定律的應用
通過高斯定律計算電場:
$$
oint mathbf{E} cdot dmathbf{A} = frac{Q_{text{内}}}{varepsilon0}
$$
由于電場均勻分布,公式簡化為:
$$
E cdot 4pi r = frac{Q{text{内}}}{varepsilon0} implies E = frac{Q{text{内}}}{4pi varepsilon_0 r}
$$
球體外部的電場
當計算點距離球心 $r > R$($R$ 為球體半徑)時,等效于所有電荷 $Q$ 集中在球心的點電荷電場:
$$
E = frac{Q}{4pi varepsilon_0 r}
$$
球體内部的電場
通過将複雜的三維電荷分布等效為球心的點電荷,極大簡化了計算,是解決球對稱靜電問題的核心方法之一。例如,分析導體球靜電平衡、電容器設計等問題時均會用到此方法。
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