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研究電荷電場(chǎng)和等勢(shì)面的模擬分析

1、單個(gè)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)與等勢(shì)面模擬

在物理教學(xué)中，點(diǎn)電荷是一個(gè)理想模型，通常當(dāng)帶電小球的體積遠(yuǎn)小于空間尺寸時(shí)，帶電小球可近似為一個(gè)點(diǎn)電荷．電荷周?chē)嬖陔妶?chǎng)，可由高斯定理

求出電荷電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，而電場(chǎng)強(qiáng)度空間分布卻不太直觀。用COMSOL模擬點(diǎn)電荷，可直觀地看到周?chē)鷪?chǎng)的分布。在二維平面，模擬點(diǎn)電荷是半徑0.001min，電荷表面密度0.01的帶電小球，負(fù)點(diǎn)電荷模擬界面如圖1所示。

對(duì)于正點(diǎn)電荷及負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)和等勢(shì)面的模擬求解結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2和圖3中右側(cè)彩虹條的深淺變化可以展示出電場(chǎng)強(qiáng)度隨空間距離的變化關(guān)系，由紅到藍(lán)逐漸減小，而圖3中計(jì)算可以得出負(fù)號(hào)體現(xiàn)電場(chǎng)的矢量性，且電場(chǎng)強(qiáng)度的大小也可用有向線段長(zhǎng)度來(lái)表示。

同時(shí)，也能看出電場(chǎng)強(qiáng)度的方向分布，正點(diǎn)電荷周?chē)碾妶?chǎng)向外發(fā)散，負(fù)點(diǎn)電荷周?chē)妶?chǎng)向負(fù)點(diǎn)電荷匯聚，充分展現(xiàn)靜電場(chǎng)有源的屬性，對(duì)場(chǎng)分布顯示更加直觀。

圖2和圖3可直觀地展示出等勢(shì)面與該處的電場(chǎng)線垂直，并看到等勢(shì)面密集的地方場(chǎng)強(qiáng)大，等勢(shì)面稀疏的地方場(chǎng)強(qiáng)小，且是一組同心圓，離電荷越近，等勢(shì)面越密集。

兩個(gè)等量點(diǎn)電荷的電場(chǎng)與等勢(shì)面模擬

兩個(gè)等量點(diǎn)電荷在空間形成各自的電場(chǎng)，并在空間進(jìn)行場(chǎng)的矢量疊加，最后形成穩(wěn)定的電場(chǎng)。

圖4和圖5清晰地展示出兩個(gè)等量點(diǎn)電荷電場(chǎng)的分布情況，從圖4和圖5可以看出，中垂線和兩電荷連線交點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為零，中垂線上是由交點(diǎn)向兩側(cè)先增大后減小，正電荷的指向兩側(cè)，負(fù)電荷的指向交點(diǎn)。

圖6是兩個(gè)等量異種點(diǎn)電荷電場(chǎng)與等勢(shì)面分布，從圖6可以看出中垂線和兩電荷連線交點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)不為零，且指向負(fù)電荷，中垂線上電場(chǎng)強(qiáng)度的方向始終與中垂線垂直，即在此條線上移動(dòng)電荷，電場(chǎng)力不做功，且等勢(shì)面以中垂線為對(duì)稱(chēng)軸。

從圖4和圖5中可看出兩個(gè)同種點(diǎn)電荷產(chǎn)生的等勢(shì)面分布相似，且以?xún)牲c(diǎn)電荷連線的中垂線為對(duì)稱(chēng)軸。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的基于COMSOL Multiphysics的静电场仿真分析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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