电磁场仿真——绘制电场线和等势线
空间中有三个电荷量分别为+1C,-1C,+1C的点电荷,三个点电荷在边长为10mm的正三角形顶点处,绘制电场线的空间二维分布。
一:基本原理
在空间二维平面中建立二维坐标系,如图1所示在(5,0),(-5,0)和(0,5)处分别有1C的正电荷,1C的正电荷和-1C的负电荷。
(一)电势原理
根据空间中某一点距离点电荷的电势知道:
U=kqr
根据空间某点处电势的叠加原理,在场点P(x,y)处产生的电势U为:
其中,
知道了空间某一点P(x,y)处三个点电荷产生的电势的叠加值,我们就可以找出某一电势所对应的多个空间点,将这些点连接成线即可以得到等势线。
(二)电场原理
根据库仑定律知道,空间某一点相对某一位置的电荷的电场强度为 :
根据点电荷电场强度的叠加原理,在场点P(x,y)处产生的电场强度E为:
通过计算可以知道:
。
大小分别为1C,1C,-1C。
知道了空间某一点处的各分量的电场强度的大小,我们就推导出下一段电场线上的点的各分量电场强度大小。即满足 在模型中我们可以将各个电荷看成一定半径的球体,按照一定的间距将每一个球体表面圆周分成若干个点,这些点就是电场线的起始点。通过从各个起始点取一定间隔逐次推导出下一个坐标点的位置,知道满足一定的条件停止推导,将这些点连线即可得到电场线。
二:仿真数据设置
将x的范围设置成[-2.5,2.5]/cm。其中取样间隔为0.01cm,将y的范围同样设置成[-2.5,2.5]/cm,取样间隔同样为0.01。这样就形成了一个501*501的网格。我们取k介质为真空中,化简得到。在等势线绘制的时候我们把网格内的电势线分成了100份。我们设置各个电荷的半径0.05*2^(1/2)m,各个电荷表面有50个起始点。起始点到下一个推导电场点的距离间隔为0.001。最终电场线终止要满足的条件有:
1.下一个电场点靠近其他电荷。
2.下一个电场点的位置超出了网格点的边界。
三.结果分析及总结
最终仿真图像结果如下:
四:MATLAB代码运行
clear,number=3; %设定空间电荷数,并用charge矩阵来保存各个电荷的电荷量和位置
charge=[1,0.5,0;1,-0.5,0;-1,0,0.86]
k=9*10^9;%这里取介质为无限大真空,化简得到k=9*10^9
x=-2.5:0.01:2.5;
y=-2.5:0.01:2.5;
[X,Y]=meshgrid(x,y); %建立X_Y坐标系
U=zeros(501,501);
clf %clf指令是清除之前的图像
for j=1:numberU=U+k*charge(j,1)./sqrt((X-charge(j,2)).^2+(Y-charge(j,3)).^2);
end%得到电势的值 注意U与XY的对应关系是U[Y,X]
for a=1:number
for b=-10:10 %横坐标变化
for c=-10:10 %纵坐标变化
if abs(U(charge(a,3)*100+251+b,charge(a,2)*100+251+c))>abs(U(charge(a,3)*100+251+5,charge(a,2)*100+251+5))
U(charge(a,3)*100+251+b,charge(a,2)*100+251+c)=U(charge(a,3)*100+251+5,charge(a,2)*100+251+5);
end
end
end
end%由于在电荷处,电势理论上无穷大,所以通过设置阈值对其进行“削顶”
contour(X,Y,U,100)%画等势面
hold on
%下面是对电场线的绘制
total=sum(abs(charge(:,1)));%电荷模值求和
px=[];py=[];%存放电场线数据
for a=1:number%画由第a个电荷发出的电场线for b=1:round(abs(charge(a,1))/total*50*number)%电场线数目由归一化电荷决定 其中round函数是四舍五入的意思j=round(abs(charge(a,1))/total*50*number);i=1;%j是单个电荷表面电场线起始点的数目px(a,b,i)=charge(a,2)+0.05*2^(1/2)*cos(b*2*pi/j);py(a,b,i)=charge(a,3)+0.05*2^(1/2)*sin(b*2*pi/j);%分配电场线起点坐标 其中ab表示的是第a个电荷的第b个起始点的位置t=1;while t==1Ex=0;Ey=0;for c=1:numberRx=px(a,b,i)-charge(c,2);Ry=py(a,b,i)-charge(c,3);E=k*charge(c,1)./(Rx^2+Ry^2);Ex=Ex+E*Rx/sqrt((Rx^2+Ry^2));Ey=Ey+E*Ry/sqrt((Rx^2+Ry^2));%得到线端点电出场的X,Y方向上的大小endrx=0.001*Ex/sqrt(Ex^2+Ey^2);ry=0.001*Ey/sqrt(Ex^2+Ey^2);%得到下一步要连接的点跨度if charge(a,1)>0elserx=-rx;ry=-ry;end %判断切线的方向px(a,b,i+1)=px(a,b,i)+rx;py(a,b,i+1)=py(a,b,i)+ry;i=i+1;for c=1:numberif ((((px(a,b,i)+rx-charge(c,2))^2+(py(a,b,i)+ry-charge(c,3))^2)>0.005)&&(px(a,b,i)+rx<2.5)&&(py(a,b,i)+ry<2.5)&&(px(a,b,i)+rx>-2.5)&&(py(a,b,i)+ry>-2.5))%上面这一行是判断下一个连接点即没有出坐标范围也没连接到另一个电荷else t=0;endendendend
end%我们终于得到所有电场线的信息了
hold on
for a=1:numberfor b=1:round(abs(charge(a,1))/total*50*number)t=1;hold onpxp=squeeze(px(a,b,:));pyp=squeeze(py(a,b,:));pxp(find(pxp==0))=[];pyp(find(pyp==0))=[];for c=1:numberif ((((pxp(end)-charge(c,2))^2+(pyp(end)-charge(c,3))^2)<=0.01)&&charge(a,1)<0)t=0;elsehold onendendif t==1plot(pxp,pyp)endend
end%一根根的画出来
xlabel('X'),ylabel('Y'),title('电场线等势面绘制图'),text(1.8,2.3,'电荷量单位 C')
text(2.1,-2.35,'坐标单位cm')
text(1.9,-2.6,date)
for a=1:numbertext(charge(a,2)-0.04,charge(a,3),num2str(charge(a,1)*1))
end
电磁场仿真——绘制电场线和等势线相关推荐
- matlab画两电荷斥力与距离的图,电磁场大作业一基于MATLAB描绘双静电荷电场线与等势线分布...
电磁场大作业一基于MATLAB描绘双静电荷电场线与等势线分布 电磁场与电磁波大作业 学 院 班 级 姓 名 学 号 真空中任意两点电荷电场线与等势线分布研究 一.研究内容 (1) 研究思路 静电场是指 ...
- 用Matlab仿真点电荷电场强度和电位(势)求点电荷Q的电势强度和电势,点电荷的电场线和等势线是什么形状?
题目:用Matlab仿真点电荷电场强度和电位(势) 问题:求点电荷Q的电势强度和电势,点电荷的电场线和等势线是什么形状? 程序 clear %清除变量 r0 = 2.5;%最大相对距离 r = 0.2 ...
- YDOOK:ANSYS 进行电磁场仿真的第四步:后处理 查看计算结果
使用 ANSYS 进行电磁场仿真的第四步:后处理 查看计算结果 ANSYS 和 ANSYS/Emag 程序将计算结果贮存到结果文件 Jobname.rmg 中,其中包括: 主数据: 1. 节点自由度 ...
- 使用SIM4LIFE light对人体电磁场仿真过程1
使用SIM4LIFE light对人体电磁场仿真过程1 关于S4L软件 我的研究课题以及使用体验 EM FDTD 关于EM FDTD模块 模块使用 关于S4L软件 S4L软件全名SIM4LIFE,由瑞 ...
- matlab 电场线公式,基于Matlab的静电场电场线和等势线(面)的数值模拟
教育教学论坛 EDUCATIONTEACHINGFORUM 2017 年 12 月第 49 期 Dec.2017 NO.49 基于Matlab的静电场电场线和等势线(面)的数值模拟 收稿日期:2017 ...
- YDOOK:ANSYS 怎样仿真电磁场,电磁场仿真模块功能的使用
使用ANSYS 怎样仿真电磁场,ANSYS电磁场仿真模块功能的使用 电磁场分析功能 1. ANSYSY 利用其中的 ANSYS/Emag 或者 ANSYS/Multiphysics 模块中的电磁场分析 ...
- 计算机仿真电场线与等势线(3D图)
matlab平台 应用contourslice函数与streamslice函数分别完成等势线与电场线的绘制 对于电场线和等势面的计算,有以下两种思路: 1.由点电荷在某点处的电场强度表达式,与叠加定理 ...
- MATLAB PDE工具箱电磁场仿真平行电容板及电偶极子详解
首先打开matlab,在命令行输入pdetool打开PDE工具箱 工具箱的功能我就不赘述了,大概就是以有限元的数值计算方法,计算二阶偏微分方程,因此可以解决电磁场.热力学等问题. 首先点击左上角按钮, ...
- 电磁场仿真——均匀平面波在真空中的三维传播情况的仿真
题目: 真空中均匀平面波传播方向在xoz平面,与x轴夹角为 ,频率为300MHz,电场为y方向,有效值 ,请画出电场强度和磁场强度三维传播示意图.(至少5个周期) 一:基本原理 (一)真空中电场的传播 ...
- 电磁场仿真实验【matlab】静电场边值问题
实验: 电磁波的反射干涉 实验:静电场的边值问题 实验:带电粒子在磁场中的受力 实验:电磁波的极化 1.平行板电容器的电位分布仿真图 2.加盖导体槽内的电位分布仿真图 平行板电容器的电位分布仿真步骤 ...
最新文章
- 发改委:加速布局车联网与自动驾驶
- hdu 5095 Linearization of the kernel functions in SVM(模拟,分类清楚就行)
- scala语法注意点小结
- Android Handler、Loop 的简单使用
- 关于iframe的contentDocument和contentWindow
- leetcode 5 查找最长的回文子串
- 微信公众平台消息接口开发(6)电话号码链接与网址链接
- ERP已经凉凉?低代码平台真能成为下个风口吗?
- 北京,一个让屌丝望而却步的城市
- 第 1 章 FreeBSD Install
- 块元素和行内元素的说明及转换
- 三维点云处理(深度学习方法)综述
- 栈和队列的常见面试题-栈实现队列-队列实现栈
- 阅读技术书籍原著的困扰:技术书籍中的符号用英语该怎么念?
- [zz] 导致你创业失败的18个错误 [2007-05-03]
- (译)三维空间中的几种坐标系
- 【Matlab元胞自动机】元胞自动机大型商场人流疏散【含源码 665期】
- Java中String中split方法
- Transformer模型技术长文
- 类似QQ管家会员页面的jquery轮换效果
热门文章
- 冒泡排序bubbleSort
- DTW(动态时间归整)算法的前世今生
- V4L2视频采集与H264编码4—X264编码H264视频
- Java实现UDP功能
- 卡密激活php代码,全自动PHP授权检测系统,卡密功能自助授权功能源码
- 虚拟机装xp 架设服务器,VMware安装虚拟机系统ghost xp sp3步骤图解
- 视频编辑软件(Nero Video2021中文版) v23.0.1.12pjb
- 第1章-确定superboot210如何为smart210的nand flash进行的分区划分
- 游戏编辑器研发第一天,对比思考确定底层技术和从0开发场景编辑器原因
- 商务网站建设与维护【7】