用Matlab研究电磁场的可视化

用Matlab研究电磁场的可视化,河南科技大学物理与工程学院学院10届应物专业毕业论文答辩,专业：应用物理班级：应物062答辩人：皮基庆指导老师：孙红章,凡是读过大学物理的人，在学到电学部分时，恐怕都会对教材中一些精美的电场线、等势面图感到惊奇。其实只要掌握了Matlab的一些基本知识，每个人都可以通过算机画出这样的图形。Matlab是国际公认的最优秀的科技应用软件。将Matlab引入电磁学,可以利用其可视化功能对电磁学现象进行计算机模拟。本论文就是利用Matlab软件来研究静电场的分布、磁场的分布和带电粒子在电磁场中的运动等问题的可视化。,主要内容,Matlab简介相关电磁场知识Matlab在电磁场中的应用,Matlab具有用法简易、可灵活运用、程序结构强又兼具延展性的优点以下为其主要要用途：1.数值分析2.数值和符号计算3.工程与科学绘图4.控制系统的设计与仿真5.数字图像处理6.数字信号处理7.通讯系统设计与仿真8.财务与金融工程.,一、Matlab简介,图1-1Matlab6.0的操作界面,Matlab系统由5个主要的部分构成：1）开发环境2）Matlab数学函数库3）句柄图形4）Matlab语言5）应用程序接口,Matlab的数学功能：Matlab不但能进行加、减、乘、除算术运算，还能进行矩阵的乘除运算，并能利用数学函数和矩阵函数完成函数的运算。如：矩阵乘法的运算已知矩阵x=12;34;y=56;78;求x*y程序如下：x=12;34;y=56;78;x*y运行结果：ans=19224350,Matlab的关系运算与逻辑运算：1）关系运算关系运算符：小于、=小于等于、大于、=大于等于、=等于、=不等于例如：2+2=4ans=0;2+2=4ans=12）逻辑运算逻辑运算符：ac0=1/(4*pi*ep0);e=1.60e-10;h=0.018;x=-0.5:h:0.5;y=-0.5:h:0.5;X,Y=meshgrid(x,y);q=e;1.9*e;fori=1:2V=c0*e./sqrt(X+0.2).2+Y.2)+c0.*q(i)./sqrt(X-0.2).2+Y.2);Ex,Ey=gradient(-V,h);figure(i)contour(X(:,:,1),Y(:,:,1),V,.20,-20,19,-19,18,-18,17,-17,.16,-16,15,-15,14,-14,13,-13,.12,-12,11,-11,10,-10);axis(-0.38,0.38,-0.28,0.28)holdon,phi=0:pi/17:2*pi;sx1=0.2+0.01*cos(phi);sy1=0.01*sin(phi);streamline(X(:,:,1),Y(:,:,1),Ex,Ey,sx1,sy1);holdonsx2=-0.2+0.01*cos(phi);sy2=0.01*sin(phi);streamline(X(:,:,1),Y(:,:,1),Ex,Ey,sx2,sy2);title(stri)text(-0.212,0,+,fontsize,20);text(0.187,0,+,fontsize,20);end,图3-1两个同号等量电荷的电场分布,图3-2两个同号不等量电荷的电场分布,带电细棒的电场,问题描述：若电荷Q均匀分布在长为L的细棒上，求真空中，带电细棒的电场在xy平面内的分布情况。,图3-3带电细棒的电场和电势分布,带电圆环的电场,问题描述：真空中，一个半径为R的圆形细环上，均匀地分布电荷，求其电场强度的分布。,图3-4带电圆环的电场和电势分布,载流圆环的磁场,问题描述：在真空中，有一半径为R的载流导线，通过的电流为I，试求载流圆环磁感强度B的空间分布。,图3-5载流圆环的磁场分布,带电粒子在电磁场中的运动,问题描述：有均匀电场和均匀磁场两者方向互相垂直，分三种情况研究带电粒子在其中的运动情况。（1）电场强度和磁感应强度都不为零；（2）电场强度为零磁感应强度不为零；（3）电场强度不为零磁感应强度为零。,图3-6电场强度和磁感应度都不为零时带电粒子运动轨迹,图3-7电场强度为零磁感应不为零时带电粒子运动轨迹,图3-8电场强度不为零磁感应度为零时带电粒子运动轨迹,结论,物理学是一门实验的科学，但由于教学资源和实验条件的限制，电磁学中许多现象是不能直接观察的，或者只能观察到实验对象的局部电、磁场的分布问题。为了弥补这种缺憾，可以通过计算机模拟实验结果以达到同样的实验效果。将Matlab引入电磁学，可以利用其可视化功能对电磁学现象进行计算机模拟。利用Matlab软件能够很好的来研究静电场的分布、磁场的分布和带电粒子在电磁场