亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        環(huán)形電流磁場(chǎng)分布及磁感線(xiàn)基于C++的數(shù)值模擬

        2021-07-07 03:38:04楊雪冰孫彥東梁來(lái)力
        大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 2021年3期
        關(guān)鍵詞:磁感線(xiàn)磁感應(yīng)磁場(chǎng)

        李 超,洪 倩,楊雪冰,陳 銳,孫彥東,梁來(lái)力

        (南陽(yáng)理工學(xué)院 數(shù)理學(xué)院,河南 南陽(yáng) 473000)

        任意形狀的通電線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)原則上都可以根據(jù)畢奧-薩伐爾定律進(jìn)行求解,然而嚴(yán)格的解析解往往不能輕易地得到。哪怕對(duì)于簡(jiǎn)單的環(huán)形電流,一般教科書(shū)上也只是給出了中軸線(xiàn)上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布,對(duì)于非軸線(xiàn)上的磁場(chǎng),由于涉及復(fù)雜的橢圓積分[1],很難得到解析解,這個(gè)時(shí)候借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算就顯得非常合適。

        1 環(huán)形電流的磁場(chǎng)分布

        任意形狀的載流線(xiàn)圈總可以等價(jià)為若干段電流元的疊加,每一段電流元在整個(gè)空間激發(fā)的磁場(chǎng)都遵循畢奧-薩伐爾定律[2]:

        (1)

        圖1 環(huán)形電流示意圖

        (2)

        考慮到環(huán)形電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)稱(chēng)性,選擇柱坐標(biāo)對(duì)電流元進(jìn)行展開(kāi),可以得到:

        (3)

        空間某一個(gè)場(chǎng)點(diǎn)P可以表示為:

        (4)

        電流元到場(chǎng)點(diǎn)P的矢量可以表示為:

        (5)

        根據(jù)對(duì)稱(chēng)性,P點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布也具有軸對(duì)稱(chēng)性,即當(dāng)ρ和z一定時(shí),任意φ角位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均相等。因此不妨將P點(diǎn)取在oxz平面,即P點(diǎn)的坐標(biāo)滿(mǎn)足φ=0,則此時(shí)根據(jù)(1)-(5)式聯(lián)立可以解得P點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度沿x、y、z軸的分量為:

        (6)

        (7)

        (8)

        2 磁感應(yīng)強(qiáng)度的數(shù)值模擬

        (6)、(7)、(8)式即為任意點(diǎn)P的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分量形式,可以借助計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,既可以使用成熟的Matlab軟件[3],也可以使用更為基礎(chǔ)的C++進(jìn)行編程。

        假設(shè)環(huán)形電流的半徑a=0.1 m,通有的電流強(qiáng)度為I=1A,選擇不同的(ρ,z)根據(jù)(6)、(7)、(8)式即可以計(jì)算得到不同空間位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的分量,總的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可以表示為:

        (9)

        在空間中隨機(jī)選擇一系列的點(diǎn),通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小如表1所示。

        表1 不同空間位置(ρ,z)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小(×10-9 T)

        3 磁感線(xiàn)的描繪

        3.1 磁感線(xiàn)的描繪方法

        如圖1所示,xz平面和環(huán)形電流存在兩個(gè)交點(diǎn),這兩個(gè)交點(diǎn)即為圓環(huán)的一條直徑。在這條直徑上任意選擇一系列點(diǎn),并且令這些點(diǎn)相對(duì)圓心O對(duì)稱(chēng),這樣描繪出來(lái)的磁感線(xiàn)將呈對(duì)稱(chēng)分布。

        (10)

        利用上式得到的單位矢量代入(11)式計(jì)算得到下一個(gè)點(diǎn)A1(x1,y1,z1)點(diǎn)的坐標(biāo):

        (11)

        3.2 磁感線(xiàn)描繪方法的驗(yàn)證

        為了驗(yàn)證上節(jié)介紹的磁感線(xiàn)描繪方法的可行性及正確性,可以選擇一個(gè)已知的曲線(xiàn)用上述方法進(jìn)行測(cè)試。不妨選擇簡(jiǎn)單的冪函數(shù):

        y=x3

        (12)

        圖2 磁感線(xiàn)描繪方法的驗(yàn)證

        由于選擇的步長(zhǎng)為0.000 1,所以這些點(diǎn)分布非常密集,并且和真實(shí)的函數(shù)(12)對(duì)應(yīng)的紅色曲線(xiàn)完全重合,由此可見(jiàn)磁感線(xiàn)的描繪方法是完全可行的。

        3.3 環(huán)形電流磁感線(xiàn)的描繪

        前面研究了磁感線(xiàn)的描繪方法并對(duì)該方法的正確性給出了證明,下面將利用該方法得到環(huán)形電流的磁感線(xiàn)描繪。仍然取環(huán)形電流的半徑為0.1 m,電流強(qiáng)度為1A。

        由于環(huán)形電流的磁場(chǎng)符合軸對(duì)稱(chēng)分布,因此只需取xz平面為代表即可。如圖3所示,左邊紅色點(diǎn)表示電流在該點(diǎn)是流出的,右邊的紅色叉號(hào)表示該點(diǎn)電流是流入的。在這兩點(diǎn)之間對(duì)稱(chēng)的取11個(gè)點(diǎn)作為起點(diǎn),每個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一條磁感線(xiàn)的分布,總共描繪了11條磁感線(xiàn)。

        圖3 環(huán)形電流磁感線(xiàn)的描繪

        4 結(jié) 語(yǔ)

        首先從畢奧-薩伐爾定律推導(dǎo)得到了環(huán)形電流在整個(gè)空間激發(fā)的磁場(chǎng)分布;進(jìn)而選取了若干點(diǎn)對(duì)環(huán)形電流的磁場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算;研究得到了磁感線(xiàn)描繪的一般方法并對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證;最后給出了環(huán)形電流在空間所激發(fā)磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)描繪。由于該磁感線(xiàn)描繪方法具有一般性,因此可以拓展至其他任意類(lèi)型的磁場(chǎng)分布。

        猜你喜歡
        磁感線(xiàn)磁感應(yīng)磁場(chǎng)
        巧借線(xiàn)性關(guān)系突破切割磁感線(xiàn)問(wèn)題
        跨空海界面磁感應(yīng)通信特性分析及應(yīng)用
        電磁感應(yīng)中的“知三求三”
        西安的“磁場(chǎng)”
        為什么地球有磁場(chǎng)呢
        滲透物理學(xué)史 促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展——以“磁場(chǎng) 磁感線(xiàn)”教學(xué)為例
        物理之友(2020年12期)2020-07-16 05:39:18
        磁場(chǎng)的性質(zhì)和描述檢測(cè)題
        2016年春季性感磁場(chǎng)
        Coco薇(2016年1期)2016-01-11 16:53:24
        永磁魔環(huán)磁感應(yīng)強(qiáng)度的仿真模擬
        物理與工程(2013年3期)2013-03-11 16:04:35
        用好磁感線(xiàn),解決問(wèn)題一大片
        国产精品亚洲片夜色在线| 亚洲人成精品久久久久| 亚洲av无码一区二区三区人妖| 亚洲AV电影天堂男人的天堂| 亚洲精品一品二品av| 亚洲成年国产一区二区| 女局长白白嫩嫩大屁股| 996久久国产精品线观看| 国产av大片在线观看| 国产在线观看视频一区二区三区| 精品国产av一区二区三区| 色综合久久久久久久久五月| 国产精品亚洲av网站| 中文字幕久久久人妻人区| 亚洲精品久久久久中文字幕| 成人免费xxxxx在线视频| 亚洲二区三区四区太九| 国产一区二区三区内射| 国产精品制服| 国产在线视欧美亚综合| av国产免费在线播放| 天天做天天摸天天爽天天爱| 成人无码一区二区三区网站| 日韩av无卡无码午夜观看| 亚洲丰满熟女一区二亚洲亚洲| 国产一区二区三区乱码| 欧美aⅴ在线| 一区二区三区精彩视频在线观看| 精品国产av一区二区三区四区 | 蜜桃a人妻精品一区二区三区| 中文字幕无码毛片免费看| 久久综合成人网| 亚洲福利网站在线一区不卡 | 国产极品大秀在线性色| 中文字幕中文有码在线| 日韩毛片在线| 人妻少妇激情久久综合| 色又黄又爽18禁免费网站现观看| 免费看久久妇女高潮a| 中文字幕在线观看乱码一区| 精品人妻久久一区二区三区|