
【電】 voltage gradiant
tension; voltage
【化】 voltage
【醫】 electric tension; voltage
【計】 graded
【化】 gra***nt
【醫】 gra***nt
電壓梯度(Voltage Gradient)是電學中的重要概念,指單位距離内的電壓變化量,其物理本質等同于電場強度(Electric Field Intensity)。以下是詳細解釋:
漢英對照
$$ E = -frac{Delta V}{Delta d} $$
其中 ( E ) 為電場強度(V/m),( Delta V ) 為電壓差(V),( Delta d ) 為距離(m)。負號表示電場方向指向電勢降低的方向。
工程意義
電壓梯度直接反映電場的強弱,決定絕緣介質中的電場分布。高梯度區域易引發電暈放電或絕緣擊穿,是高壓設備(如輸電線路、變壓器)設計的關鍵參數。
電力系統安全
國際電工委員會(IEC)規定,人體安全接觸的電壓梯度限值為10 kV/m(短期暴露)。超過此值可能引發感應電流危害。
示例:高壓輸電線路下方需控制地面梯度 ≤ 5–10 kV/m,避免公衆區域電擊風險。
絕緣材料設計
絕緣介質的擊穿強度常以kV/mm 表示(如變壓器油擊穿梯度約 20 kV/mm)。工程師需确保設備内部最大電場強度低于材料耐受極限。
國際标準
學術文獻
第 2 章詳細分析電場梯度與介質擊穿的關系。
參數 | 符號 | 單位 | 典型應用場景 |
---|---|---|---|
電壓梯度 | ( E ) | V/m | 電場強度計算 |
安全限值 | - | kV/m | 公衆區域電場控制 |
介質擊穿強度 | ( E_b ) | kV/mm | 絕緣材料選型 |
注:實際工程中需通過有限元分析(FEA)精确模拟複雜結構的電壓梯度分布。
電壓梯度(Voltage Gradient)是描述電場中電勢(電壓)隨空間位置變化的物理量,其核心含義為單位距離内的電壓變化,通常用于分析電場分布特性或材料中的電勢差影響。
數學表達式:
電壓梯度在均勻電場中可表示為:
$$
text{電壓梯度} = frac{Delta V}{Delta d}
$$
其中,(Delta V) 是兩點間的電壓差,(Delta d) 是兩點間的距離,單位為伏特每米(V/m)。
與電場強度的關系:
在靜電場中,電壓梯度等同于電場強度 (E),即 (E = -
abla V)(負號表示電場方向指向電勢降低的方向)。
電氣工程:
高壓電纜或絕緣材料的設計需控制電壓梯度,防止局部電場過強導緻擊穿。例如,電纜絕緣層厚度需根據最大允許電壓梯度計算。
生物電現象:
神經細胞膜内外的電壓梯度驅動離子流動,形成動作電位傳播(如神經信號傳遞)。
地球物理勘探:
自然電場中的電壓梯度可用于探測地下礦藏或水文地質結構。
電壓梯度直接影響電荷受力((F = qE))和能量分布,是電路設計、材料科學及生物電研究中的核心參數。
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