不均匀电场

物理学术语

不均匀电场是电场区域内电场强度的大小和方向随空间坐标而变的电场。反之，电场强度的大小和方向与坐标无关的电场被称为均匀电场。

均匀电场

电场中各点场强大小相等，方向相同，该区域电场为匀强电场，也可称作均匀电场。[1]

性质

匀强电场的电场线，是疏密相同的平行的直线。

在匀强电场中，E=U/d ，U为两点间电势差，d为沿电场线方向的距离，单位是：伏/米(v/m)或牛/库(N/C)。

其物理意义为：沿电场线方向单位长度的电势降落，单位长度电压越大，场强越大。

注意：此公式只适用于匀强电场。公式中的d是指电场中两点间的距离沿电场方向的投影。电荷在其中受到恒定电场力作用，带电粒子在其中只受电场力时做匀变速运动。

特点

（1）电场强度方向处处相同，所以电场线是平行线。[1]

（2）电场强度大小处处相等，要求电场线疏密程度相同，就是电场线分布均匀。[1]

（3）带电粒子在均匀电场中受到恒定的电场力作用。

常见的均匀电场

两块靠近的大小相等，互相正对并且互相平行的金属板，分别带有等量异种电荷时，它们间的电场除边缘外，都是匀强电场。[1]

不均匀电场

电场的不均匀程度用电场不均匀系数ƒ表征：

为场域中的最大电场强度值。均匀电场的ƒ等于1,不均匀电场的ƒ总是大于1,即ƒ≥1。电场不均匀系数的倒数称为绝缘利用系数η，η=1/ƒ，η≤1。

对于不均匀电场的计算，除了一些电极形状比较简单（例如同轴圆柱电极间的电场，同心圆球电极间的电场等）的情况可以用解析方法精确计算外，大部分情况下只能用近似的解析计算方法或电场数值计算方法计算，或用电场的实际测量或模拟测量技术测得。电场的数值计算方法有有限差分法、有限元法、模拟电荷法等。电场的模拟测量包括电解槽模拟和导电纸模拟测量。

不均匀电场中的电介质的性状与电场的不均匀程度有关。根据其不均匀程度，不均匀电场可分为稍不均匀电场和极不均匀电场。若电场的不均匀程度不严重，当极间电压达到足以使气体介质发生自持放电时，气体间隙就被击穿（见气体介质击穿），这种电场称为稍不均匀电场。若电场不均匀程度比较严重，当极间电压达到足以使气体介质发生自持放电时，气体间隙并不被击穿，只是电场强度较高处的气体发生电晕放电；进一步提高电压后，气体间隙才被击穿，这样的电场称为极不均匀电场。

也可以根据电场不均匀系数来区分不均匀电场。对于圆球形电极，当电场不均匀系数处于2～4时，极间电场为稍不均匀电场；当电场不均匀系数大于4时,极间电场为极不均匀电场。

电场的不均匀程度会影响电介质的绝缘强度。在其他条件相同的情况下，电场愈不均匀，电介质的绝缘强度愈低。

高压电力设备中经常遇到的是极不均匀电场，例如高压架空输电线路周围的电场，高压交流电机线棒出槽处的电场，电力变压器引线附近的电场等。属于稍不均匀电场的电场有高压静电电压表（见静电系电表两电极间的电场，阀型避雷器放电间隙中的电场等。

均匀电场与不均匀电场

只要有电荷存在的地方，其周围就一定存在电场，通过电磁感应就可能对人体或设备带电。因此，带电作业必须了解电场基本知识，加强防护措施。

根据电场强度的均匀程度，电场可以分为均匀电场与不均匀电场。

在均匀电场中，各点的电场强度的大小，方向都相同，如图2 (a)所示平板电容器中间部分的电场即为均匀电场。上述情况以外的电场都是不均匀电场；按不均匀程度的差别，又可分为稍不均匀电场和极不均匀电场。稍不均匀电场如球距不大于球的直径的球间隙电场，如图2(b)所示，极不均匀电场如棒一板间隙电场及棒一棒间隙电场，如图2(c)、（d）所示。棒一棒间隙电场属于对称的稍不均匀电场，棒一板间隙电场则属于不对称的不均匀电场。前者比后者稍均匀些。

分析绝缘结构的击穿时，不仅要考虑绝缘距离，而且还要考虑电场不均匀程度的影响。对于同样距离的间隙，电场愈不均匀，通常击穿电压愈低。电气设备中的电场大多为不均匀电场，为了提高绝缘结构的击穿电压，必须设法减小电场的不均匀程度。

电极表面的电场强度与其表面的电荷密度成正比。在电极的尖端或边缘，如图2(a)及（e）所示，由于曲率半径小，表面电荷密度大，电力线密集，电场强度高，容易发生局部放电。这种现象称为尖端效应或边缘效应。电极的边缘或尖端是造成极不均匀电场的重要原因，所以工程上常需要改善电极形状，避免电极表面曲率半径过小或出现尖角。

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