电磁波电磁场实验二.doc

实验二实验名称时间地点圆环电流的磁场分布2014-6-5一、实验目的及要求1. 掌握载流回路周围空间的磁场分布；2. 掌握利用Matlab仿真分析磁场分布。二、实验环境PC机 MATLAB软件三、实验内容及实验步骤（实践内容、设计思想与实现步骤） 实验原理：毕奥萨伐尔定律可表述为：载流回路的任一电流元Idl，在空间任一点P处所产生的磁感应强度dB可表示为其中，r是电流元Idl到场点P的径矢，I为电流。可以看出，dB的方向垂直于Idl与r所在的平面，其指向遵守右手螺旋法则。dB的大小为 利用叠加原理，对上式积分，便可求得任意形状的载流导线所产生的磁感应强度，即 半径为a的环形载流回路周围空间的磁场分布设载流圆环中流过的电流为I，则圆环在空间任意一点P(x,y,z)产生的磁感应强度矢量为由于r2=x2+ y2+ z2则R2=a2+ r2-2arcos = a2+ r2-2a = a2+ r2-2a(xcos+ysin) = a2+ x2+ y2+ z2-2axcos-2aysin =(x - acos)2+(y - asin)2+ z2得由可求出磁感应强度矢量在x,y,z方向的分量分别为实验内容：根据实验原理的分析，利用Matlab强大的绘图功能画出环形载流回路周围空间的磁场分布。（1） 二维磁力线图（半径为a的环形载流回路）（2） 三维磁力线图四、调试过程及实验结果（详细记录实验在调试过程中出现的问题及解决方法。记录实验的结果）（1）二维磁力线（半径为a的环形载流回路）clearI=input(请输入电流I=);a=1;y=linspace(-5,5,100);theta=linspace(0,2*pi,50);u0=4*pi*1e-7;k=I*u0/4/pi;Y,Z,Theta=meshgrid(y,y,theta);r=sqrt(a*cos(Theta).2+Z.2+(Y-a*sin(Theta).2);dBy=a*Z.*sin(Theta)./(r.3);By=k*trapz(dBy,3);dBz=a*(a-Y.*sin(Theta)./(r.3);Bz=k*trapz(dBz,3);BSY,BSZ=meshgrid(0:0.1:0.7,0);h1=streamline(Y(:,:,1),Z(:,:,1),By,Bz,BSY,BSZ,0.2,500)h2=copyobj(h1,gca)rotate(h2,1,0,0,180,0,0,0);h3=copyobj(allchild(gca),gca);rotate(h3,0,1,0,180,0,0,0);title(磁场的二维图);（2）三维磁力线clear all;figure(1)a=0.3;y=-1:0.04:1;the=0:pi/20:2*pi;i=1;u0=4*pi*1e-7;k0=i*u0/4/pi;Y,Z,T=meshgrid(y,y,the);r=sqrt(a*cos(T).2+Z.2+(Y-a*sin(T).2);r3=r.3;dby=a*Z.*sin(T)./r3;by=k0*trapz(dby,3);dbz=a*(a-Y.*sin(T)./r3;bz=k0*trapz(dbz,3);for kk=1:4bSY,bSZ=meshgrid(0.2+kk*0.02,0);streamline(Y(:,:,1),Z(:,:,1),by,bz,bSY,bSZ,0.02/(kk+1),4500);streamline(-Y(:,:,1),Z(:,:,1),-by,bz,-bSY,bSZ,0.02/(kk+1),4500);endX,Y,Z=meshgrid(-0.5:0.04:0.5);r2=X.2+Y.2+Z.2;for k=1:81phi=k0*(k-1);costh=cos(phi);sinth=sin(phi);R3=(r2+a2-2*a*(X*costh+Y*sinth).(3/2);Bx0(:,:,:,k)=a*Z*costh./R3;By0(:,:,:,k)=a*Z*sinth./R3;Bz0(:,:,:,k)=a*(a-X*costh-Y*sinth)./R3;endBx=pi/40*trapz(Bx0,4);By=pi/40*trapz(By0,4);Bz=pi/40*trapz(Bz0,4);subplot(122);v=-0.2,-0.1,0,0.1,0.2;Vx,Vy,Vz=meshgrid(v,v,0);plot3(Vx(:),Vy(:),Vz(:),r*);streamline(X,Y,Z,Bx,By,Bz,Vx,Vy,Vz,0.01,2000);hold onaxis(-0.5,0.5,-0.5,0.5,-0.5,0.5);view(-35,45);box on;title(磁场的三维图,fontsiz